Disfuncția cortexului prefrontal dorsolateral afectează învățarea acusticii spațiului

Un studiu publicat de cercetători australieni în revista eLife a investigat modul în care oamenii învață caracteristicile acustice ale spațiilor prin expunere repetată și cum această învățare este perturbată prin stimularea magnetică a cortexului prefrontal dorsolateral (dlPFC). Studiul a fost realizat la Australian Hearing Hub și publicat cu acces deschis pe Figshare.
Învățarea statistică a mediului acustic joacă un rol esențial în capacitatea oamenilor de a înțelege vorbirea în medii zgomotoase sau reverberante. Studiile anterioare au arătat că expunerea repetată la caracteristicile acustice ale unui spațiu permite ascultătorilor să anticipeze structura sunetelor și să reducă impactul negativ al reverberației asupra inteligenței verbale.

Despre studiu

Participanți

Au fost incluși 62 de participanți (53 femei), cu vârste între 19 și 26 de ani (medie ± SD = 22 ± 2 ani), toți vorbitori nativi de limba engleză (australiană), fără deficiențe auditive obiectivate audiometric.

Stimuli acustici și configurarea experimentală

• Stimuli vocali: propoziții din corpusul CRM (Coordinate Response Measure) cu structura „Ready |Callsign| go to |Color| |Number| now”.
• Masca sonoră: zgomot alb spațializat la 90° stânga, la −15 dB SNR, generat și prezentat printr-un sistem de 41 difuzoare într-o cameră anecoică.
• Reverberație simulată prin convoluție cu RIR (Room Impulse Responses) reale măsurate în diverse camere: Sala de curs (RT60 = 0,46 s), Birou în plan deschis (RT60 = 0,96 s), Parcare subterană (RT60 = 2,42 s), și alte spații alternative (Cameră surdă, Sufragerie, Cameră cu reflexie ridicată).

Tehnică TMS (Stimulare magnetică transcraniană)

• Aplicarea de stimulare magnetică transcraniană continuă cu theta burst (cTBS) bilaterală asupra dlPFC, cu scopul de a inhiba temporar activitatea corticală.
• Compararea performanței între două grupuri: unul expus la TMS real și altul la TMS simulat („placebo”), în condiții similare de expunere la sarcină.

Rezultate

Învățarea acustică a mediului

• Performanța în sarcina de înțelegere a propozițiilor în zgomot a crescut sistematic odată cu expunerea repetată la o anumită cameră.
• Curbele de hit-rate cumulative au arătat o adaptare rapidă (în primele 40-60 secunde) și o stabilizare a performanței („învăţarea globală”).
• Îmbunătățirea a fost semnificativă în camerele cu reverberație moderată (Sala de curs), comparativ cu cele „surde” (fără ecou) sau excesiv reverberante.

Efectul TMS asupra învățării

• Stimularea cortexului prefrontal dorsolateral a afectat în mod selectiv învățarea pe termen mediu, fără a afecta adaptarea imediată (pe termen scurt) la un spațiu nou.
• Performanța în fazele „stabil” (trials 9–10) s-a îmbunătățit doar în grupul „placebo”, sugerând că dlPFC este implicat în mecanisme de meta-adaptare.

Reverberația optimă facilitează învățarea

• Camerele cu RT60 ≈ 0,5 s (Sala de curs) au fost asociate cu cele mai bune performanțe.
• Când aceste camere au fost înlocuite cu spații fără ecou sau foarte reverberante, performanța a scăzut.
• Analiza RT60 în 31 sub-benzi de frecvență a confirmat că Sala de curs se încadrează în distribuția ecologică a spațiilor construite frecvent întâlnite în viața reală.

Alte constatări importante

• Performanța nu a fost influențată semnificativ de identitatea vorbitorului (3 femei, 3 bărbați), sugerând că învățarea acustică este specifică mediului, nu vorbitorului.
• Îmbunătățirea performanței cu fraze de lungimi diferite (CP0–CP3) a fost evidentă până la CP2, după care s-a observat un efect de plafon.

Concluzii

Ascultătorii umani pot învăța rapid caracteristicile acustice ale mediilor reverberante și folosesc aceste informații pentru a-și îmbunătăți performanța în înțelegerea vorbirii în zgomot. Această învățare pare să fie optimizată pentru timpuri de reverberație frecvent întâlnite în medii reale, iar funcția cortexului prefrontal dorsolateral joacă un rol esențial în consolidarea și utilizarea acestor informații.

Blocarea activității dlPFC prin TMS perturbă capacitatea de a menține și transfera învățarea acustică, fără a afecta adaptarea imediată la sunet, sugerând existența unei distincții temporale între mecanismele de adaptare neurală.

Acest studiu oferă perspective importante asupra proceselor neuronale implicate în învățarea statistică a mediului sonor și are implicații pentru dezvoltarea tehnologiilor auditive și optimizarea spațiilor acustice pentru comunicare eficientă.