聽覺刺激強度增加會導致皮質脊髓興奮度更早更快上升

已有研究表明，增加聲音刺激的強度會使得反應時加快，這被解釋為是由于強度更大的刺激能被更早檢測出。但是這種解釋并沒有考慮到刺激強度對反應初始加工過程的影響。本實驗的目的是探究聲音刺激強度效應的有關機制。

2.研究方法

2.1 被試

研究共有14名有效被試，其中男性7人，女性7人，平均年齡為25歲。

2.2 實驗流程

在簡單反應時任務中，要求被試在聽到go信號時，盡可能快地完成腕關節(jié)伸展運動。在正式實驗開始前測量被試在聲音信號強度為80Hz時的反應時間，作為基線反應時間。

正式實驗中每個試次的流程如下圖B所示：首先‘Get Ready’的字樣在屏幕上呈現1s，隨后屏幕變空白，播放背景白噪聲，這個過程持續(xù)4s。在白噪聲開始播放后2s，播放‘go’的命令音，持續(xù)時間100ms，頻率為1000Hz的正弦波，強度有4種水平（60、70、80、90 dB）。當反應完成后，關于反映的反饋會在屏幕上呈現3.5s。TMS刺激的強度為110%的靜息態(tài)運動閾值，給予時間為每個被試基線反應時間的0、30、45、60、75%。如此，4種強度的聲音刺激下5種刺激給予的時間點共組合出20種刺激條件，每種條件會出現10次。實驗共有5個block，每個block中含有40個實驗試次及2個不含命令音的試次，保證每種條件在每個block中出現2次。

圖1. 整個實驗的時間線及單個試次的時間線

2.3 數據采集和處理

TMS刺激借助神經導航硬件與軟件（ANT Neuro Visor 2）完成。

在‘go’信號發(fā)出前2s到發(fā)出后2s的時間內采集被試的肌電信號，實時采樣率為4 kHz。

3.實驗結果

反應時反映出聲音刺激強度的主效應：當強度為90dB時，反應時明顯小于其他強度條件。

圖2. 不同聲音刺激強度下不同TMS刺激給予時點的反應時間的箱型圖

對于80、90dB強度的聲音刺激來說，在30%基線反應時間時給予TMS刺激，得到的MEP振幅要大于其他刺激給予時間點；當75%基線反應時間時給予TMS刺激，在聲音刺激強度為90dB時得到的MEP振幅大于其他強度條件。

圖3. 不同聲音刺激強度下不同TMS刺激給予時點的MEP振幅的均值

4.結論

本研究通過調查不同刺激強度下計劃性運動啟動過程中皮質脊髓興奮度的時間進程，探討了聽覺刺激強度效應的神經機制。結果表明，當TMS刺激最不容易干擾響應啟動過程時，90dB的聲音刺激強度下反應時最短。這說明該條件下反應時的縮短是由于神經激活更快，抑或激活啟動更早。這些結果為刺激強度效應中與反應啟動過程相關的神經激活提供了新的有力支持。

5.參考文獻及DOI號

Germain, L. S., Smith, V., Maslovat, D., & Carlsen, A. (2020). Increased auditory stimulus intensity results in an earlier and faster rise in corticospinal excitability. Brain research, 1727, 146559.

Doi: 10.1016/j.brainres.2019.146559