Investigating human non-lemniscal inferior colliculus contributions to auditory learning with 7T MRI

使用 7T MRI 研究人类非丘系下丘对听觉学习的贡献

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY Human inferior colliculus (IC) plays a critical role in auditory processing. However, the anatomy and function of the lemniscal (primary) and non-lemniscal subdivisions of IC in living humans are poorly understood due to the technical challenges of in vivo magnetic resonance imaging (MRI) of the small midbrain structures deep within the brain. In particular, despite predominant top-down and bottom-up theories of auditory learning, the neural systems underlying human speech category learning is unknown. Recent advances in MRI acquisition open the door for focused investigations into the anatomy and functional processing of human auditory midbrain. My research environment and mentor team will allow me to gain the expertise necessary to independently investigate the subcortical auditory system in living humans using MRI. In this project, we will use ultra-high field 7T MRI to quantify anatomical midbrain tissue contrast in a sub- structure dependent manner. We will also map the structural connections from each IC subdivision throughout the auditory system. Quantifying the specific anatomical MRI contrasts and connectivity patterns in living human midbrain will enable future clinical applications for investigating hearing disorders such as sensorineural hearing loss and tinnitus. A possible functional role for non-lemniscal IC is in learning novel speech sound categories. We will collect 7T functional MRI at multiple timepoints during a sound-to-category learning program to assess the contribution of IC and auditory cortex to sound category learning. Our results will elucidate whether novel categories are learned via cortically driven plasticity (cortex represents categorical features at an earlier stage than IC’s relevant acoustic enhancement) or stimulus feature enhancement (IC and cortex have similar time courses of plasticity). Existing methods for probing auditory processing, such as the scalp-recorded frequency following response (FFR), have both subcortical and cortical generators, but their relative contributions throughout the auditory learning process have not been investigated in humans. Participants in our sound-to-category learning paradigm will also undergo FFR recordings. Using representational similarity analysis, we will assess whether sound category feature representation in FFRs primarily follows that of auditory cortex or that of IC, suggesting the relative contribution of each generator at each phase of sound-to-category learning. This project implements state-of-the-art anatomical and functional 7T MRI techniques to quantify foundational characteristics of the human inferior colliculus, a key but poorly investigated subcortical auditory structure. The methods we utilized can be adapted to investigate other small, deep structures throughout the human auditory system and will enhance our understanding of IC contributions to tinnitus and optimal placement of auditory brain implants for individuals with sensorineural hearing loss.
项目摘要 人类下丘(IC)在听觉处理中起着至关重要的作用。 众所周知,IC在活着的人类中的Lemniscal(主要)和非稳定细分的功能是众所周知的 由于小型中脑结构的体内磁共振成像(MRI)的技术挑战 尤其是大脑的深处。 人类语音类别学习的神经系统是未知的。 打开大门,重点研究人类听觉中脑的解剖结构和功能处理。 我的研究环境和导师团队将允许我获得独立的专业知识 使用MRI调查生命人类皮质下听觉系统。 在这个项目中,我们将使用超高场7T MRI来量化子B- 结构的方式。 听觉系统。 中脑将使未来的临床临床临床化来调查听力障碍,例如感觉听力 损失和耳鸣。 非稳定IC的功能作用是学习新型Speel Speel声音类别 在声音到类别的学习计划过程中,在多个时间点收集7T功能性MRI来评估您 IC和听觉皮层对声音类别学习的贡献。 类别是通过皮质驱动的塑料来学习的(皮层代表在Earllier阶段的类别特征 比IS相关的声学增强)或刺激特征增强(IC和皮层HASX的时间相似 塑料课程)。 现有用于探测听觉处理的方法,例如头皮录制的,频率以下 反应(FFR)具有皮层下和皮质发电机,但是整个您的相对贡献 在我们的声音到类别学习中,尚未对听觉学习过程进行调查。 范式还将使用代表相似性分析进行ffr记录。 声音类别特征在FFR中代表主要遵循IC的审计皮层或thate的表明。 每个发电机在声音到类别学习的每个阶段的相对贡献。 该项目实施了最新的解剖学和功能性7T MRI技术来量化 人类下丘的基础特征,这是皮层下听觉的关键但较差的 结构我们使用的方法可以调整 人类听觉系统,并将增强我们对IC对耳鸣和最佳位置的贡献的理解 具有感觉性听力损失的个体的听觉脑植入物。

项目成果

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