Neural Mechanisms of Song vs Speech Production: Insights from Aphasia and Intracranial Recording

歌曲与言语产生的神经机制:失语症和颅内记录的见解

基本信息

  • 批准号:
    10648716
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Despite extensive exploration into the neural mechanisms of language, there is no conclusive explanation for why language expression through song is spared relative to speech in certain individuals with aphasia. To investigate this phenomenon, the current study takes an innovative approach in examining how the brain expresses language through song versus speech. We will define behavioral patterns and the structural and functional neuroanatomy of singing, merging evidence from two distinct patient cohorts and two different methodologies: individuals with post-stroke aphasia (n=30), and neurosurgical patients with implanted electrodes (n=20). Both cohorts will be tested on the same set of speech and language tasks with different processing demands: motor speech, word retrieval, and a sentence priming task. Each task will be presented in both spoken and sung modalities. In participants with aphasia, we will analyze error patterns and inspect damaged neural structures associated with specific performance profiles, while in the neurosurgical cohort, the analysis will shift to temporal dynamics and sites of activity underlying each task. The novel combination of behavioral and lesion analysis in people with aphasia and intracranial electroencephalography (iEEG) in neurosurgical patients will provide unique insights into the behavioral and neural mechanisms of singing. We will first determine which aspects of spoken language are expressed more fluently in song than in speech by people with aphasia with different profiles of impairment. Second, we will identify which gray matter structures and fiber pathways support the ability to produce utterances in song. Contrasting spared and damaged brain areas between those who do better with singing and those who do not will outline regions in the left hemisphere that are critical for sung speech production. Identifying fiber pathways uniquely spared between the two groups will provide further information about which structural connections support sung vs. spoken speech production. Third, we will determine the broadband high-frequency neural activity (HFA; 70-150 Hz) of spoken versus sung language production. We will use iEEG recordings from neurosurgical patients and compare differences in neural activity during singing and speaking as they complete the same three speech and language tasks. This will complement the previous lesion and tractography analyses by also examining right hemisphere regions and intra- and interhemispheric communication between regions involved in spoken and sung language production. Overall, the novel combination of these two methods for investigating song vs speech production using the same set of speech and language tasks has never been accomplished before and will shed new light on the dissociation between these two systems, outlining distinct behavioral patterns, neural mechanisms, and temporal dynamics. The clinical implications are considerable for targeted speech and language therapy for stroke survivors as well as other clinical populations who have language production deficits.
项目概要/摘要 尽管对语言的神经机制进行了广泛的探索,但仍没有确凿的解释 为什么在某些失语症患者中,通过歌曲表达语言相对于言语来说可以幸免。到 为了调查这一现象,当前的研究采用了一种创新方法来检查大脑如何 通过歌曲与言语来表达语言。我们将定义行为模式以及结构和 歌唱的功能神经解剖学,合并来自两个不同患者群体和两个不同患者的证据 方法:中风后失语症患者(n=30)和植入电极的神经外科患者 (n=20)。两个队列都将在同一组具有不同处理的语音和语言任务上进行测试 要求:运动言语、单词检索和句子启动任务。每项任务都将以两种口语形式呈现 和演唱方式。对于患有失语症的参与者,我们将分析错误模式并检查受损的神经 与特定表现特征相关的结构,而在神经外科队列中,分析将发生变化 每个任务背后的时间动态和活动地点。行为与病变的新颖结合 对失语症患者和神经外科患者的颅内脑电图 (iEEG) 进行分析将 对歌唱的行为和神经机制提供独特的见解。 我们首先要确定口语的哪些方面在歌曲中比在演讲中表达得更流利 由具有不同障碍特征的失语症患者进行。其次,我们将确定哪些灰质结构 纤维通路支持发出歌曲的能力。对比幸存和受损的大脑 歌唱能力较好的人和歌唱能力较差的人之间的区域将勾勒出左半球的区域 这对于歌唱语言的产生至关重要。识别两组之间独特的纤维路径 将提供有关哪些结构连接支持歌唱与口头语音产生的更多信息。 第三,我们将确定口语与歌唱的宽带高频神经活动(HFA;70-150 Hz) 语言的产生。我们将使用神经外科患者的 iEEG 记录并比较神经外科患者的差异 当他们完成相同的三项言语和语言任务时,他们在唱歌和说话时进行活动。这将 通过检查右半球区域来补充之前的病变和纤维束成像分析 涉及口语和歌唱语言产生的区域之间的半球内和半球间交流。 总的来说,这两种方法的新颖组合使用相同的方法来研究歌曲与语音的产生 一系列以前从未完成过的言语和语言任务将为研究提供新的线索 这两个系统之间的分离,概述了不同的行为模式、神经机制和时间 动力学。对于中风的靶向言语和语言治疗具有相当大的临床意义 幸存者以及其他有语言能力缺陷的临床人群。

项目成果

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