Activation in human auditory cortex in relation to the loudness and unpleasantness of low-frequency and infrasound stimuli

Review of Evidence Relating to Environmental Noise Exposure and Annoyance, Sleep Disturbance, Cardio-Vascular and Metabolic Health Outcomes in the Context of the Interdepartmental Group on Costs and Benefits Noise Subject Group (IGCB(N))

auteurs:  Behler O, Uppenkamp S

jaar: 2020

type onderzoek: experimenteel onderzoek van  IS en LF aanbod aan proefpersonen

tijdschrift & DOI nummer: PLoS ONE 15(2): e0229088. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229088

Relevantie: Belangrijk is dat bij dit onderzoek wordt aangetoond dat naarmate aangeboden geluid lager wordt, het geluid eerder als onaangenaam wordt ervaren. Eveneens is belangrijk dat er – ook objectief (fMRI signalen)- grote inter-individuele verschillen bestaan bij proefpersonen in hun subjectieve klachten.

Nederlandse samenvatting: Laagfrequent geluid (LFS) en infrageluid (IS) zijn onderwerp van onderzoek, als potentiële oorzaken van ergernis en angst voor veel mensen. Echter, de  mechanismen voor de perceptie van IS in het menselijke gehoorsysteem zijn nog niet volledig bekend. In deze studie werden  sinusoïden van 32 Hz (op de ondergrens van de melodische toonhoogte voor tonale stimulatie), evenals 8 Hz (IS-bereik) aangeboden aan een groep van 20 normaal horende proefpersonen, gebruikmakend van mono-stimulatie via een luidspreker-geluidsbron, verbonden met de rechter gehoorgang via een lange siliconen rubberen buis. Elke deelnemer nam deel aan twee experimentele sessies. In de eerste sessie voerden de deelnemers een procedure uit voor het categorisch schalen van de luidheid, evenals een beoordeling van onaangenaamheid in een geluidscabine. In de tweede sessie werd de procedure voor het schalen van de luidheid herhaald terwijl de hersenactivatie werd gemeten met behulp van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI). Vervolgens werden de hersenactivatie gegevens verzameld voor de respectievelijke stimuli, die werden gepresenteerd op vaste niveaus ten opzichte van de individuele luidheidsbeoordelingen. Stille periodes werden opgenomen als een baseline conditie.

Onze resultaten geven aan dat de hersengebieden die betrokken zijn bij het verwerken van LFS en IS vergelijkbaar zijn met die voor geluiden in het typische audiofrequentiebereik, d.w.z. voornamelijk de primaire en secundaire auditieve cortex (AC). Ondanks grote variatie tussen luisteraars met betrekking tot de beoordelingen van luidheid en onaangenaamheid, konden neurale correlaten van deze interindividuele verschillen nog niet worden geïdentificeerd. Voor de individuele deelnemers bleek fMRI-activering in de AC nauwer gecorreleerd aan de individuele waarneming dan aan het fysieke stimulusniveau.

Originele abstract: Low frequency noise (LFS) and infrasound (IS) are controversially discussed as potential causes of annoyance and distress experienced by many people. However, the perception mechanisms for IS in the human auditory system are not completely understood yet. In the present study, sinusoids at 32 Hz (at the lower limit of melodic pitch for tonal stimulation), as well as 8 Hz (IS range) were presented to a group of 20 normal hearing subjects, using monaural stimulation via a loudspeaker sound source coupled to the ear canal by a long silicone rubber tube. Each participant attended two experimental sessions. In the first session, participants performed a categorical loudness scaling procedure as well as an unpleasantness rating task in a sound booth. In the second session, the loudness scaling procedure was repeated while brain activation was measured using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Subsequently, activation data were collected for the respective stimuli presented at fixed levels adjusted to the individual loudness judgments. Silent trials were included as a baseline condition. Our results indicate that the brain regions involved in processing LFS and IS are similar to those for sounds in the typical audio frequency range, i.e., mainly primary and secondary auditory cortex (AC). In spite of large variation across listeners with respect to judgments of loudness and unpleasantness, neural correlates of these interindividual differences could not yet be identified. Still, for individual listeners, fMRI activation in the AC was more closely related to individual perception than to the physical stimulus level.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229088