聴覚空間注意

聴覚空間注意は、聴覚知覚を空間内の位置に集中させることを伴う、 特別な形式の注意です。

視覚空間注意の特性は詳細な研究の対象となってきたが、聴覚空間注意のメカニズムを解明する研究は比較的少ない。スペンスとドライバー^[1]は、聴覚空間注意を調査した初期の研究者は視覚などの他のモダリティで見られる種類の効果を発見できなかったが、これらの無効な効果は視覚パラダイムが聴覚領域に適応し、空間認識力が低下したためである可能性があると指摘している。

最近の神経画像研究は、聴覚空間注意の背後にあるプロセスについての洞察を提供し、視覚注意を担っていることが以前に示されていた脳の部分と機能的に重複していることを示唆している。^{[2] [3]}

いくつかの研究では、認知科学の行動ツールを使用して、単独で、またはより大規模な神経画像研究の一部として、視空間注意の特性を調査しました。

Rhodes ^[4]は、聴覚空間的注意が類推的に表現されるかどうか、つまり聴覚空間の心的表現が物理的空間と同じように配置されているかどうかを特定しようとした。これが事実である場合、聴覚注意の焦点を移動する時間は、物理的空間で移動する距離に関連しているはずだ。Rhodes は、Posner ^[5]らによる以前の研究では、刺激検出のみを必要とする聴覚注意タスクでは行動の違いは見つからなかったと指摘している。これは、低レベルの聴覚受容器が視覚のように空間的ではなくトノトピック的にマッピングされているためである可能性がある。このため、Rhodes は聴覚定位タスクを使用し、注意とターゲットの角度分離が大きいほど注意をシフトする時間が長くなるが、この効果は前方から 90° を超える場所では漸近線に達することを発見した。

スペンスとドライバー^[1]は、ローズによる前述の研究を含む、視聴覚的注意効果に関するこれまでの知見が反応プライミングと交絡している可能性があることを指摘し、代わりに8つの実験にわたって外因性と内因性のいくつかの手がかりパラダイムを利用した。内因性（有益な）手がかりと外因性（有益でない）手がかりの両方が聴覚空間定位課題のパフォーマンスを向上させ、これはローズが以前に発見した結果と一致している。しかし、聴覚ピッチ弁別課題のパフォーマンスを向上させたのは内因性空間手がかりのみであり、外因性空間手がかりはこの非空間ピッチ判断のパフォーマンスには影響を及ぼさなかった。これらの知見を踏まえて、スペンスとドライバーは、外因性と内因性の視聴覚空間定位には異なるメカニズムが関与している可能性があり、外因性定位と聴覚と視覚の両方の外因性定位には丘が役割を果たしている可能性があり、内因性定位には前頭皮質と頭頂皮質が同様の役割を果たしていると示唆している。外因性空間キューイングに対するピッチ刺激に対する方向効果の欠如は、これらの構造の接続性による可能性があると指摘されています。スペンスとドライバーは、前頭皮質と頭頂皮質領域にはピッチと音の位置の両方をコード化する細胞からの入力がある一方で、丘は研究で使用された約 350 Hz の音よりもはるかに高い 10 kHz を超えるピッチにのみ敏感であると考えられていると指摘しています。

Diaconescuら^[6]は、クロスモーダルキューイング実験の参加者が、ターゲット刺激の非空間的特性（形状/ピッチ）よりも空間的特性（視覚または聴覚刺激の位置）に速く反応することを発見しました。これは視覚ターゲットと聴覚ターゲットの両方で発生しましたが、視覚領域のターゲットの方が効果が大きく、研究者らは、これは視聴覚注意システムが視空間注意システムに従属していることを反映している可能性があると示唆しています。

機能的磁気共鳴画像法( fMRI ) や事象関連電位( ERP ) 技術などの現代の認知神経科学の神経画像ツールは、行動研究を超えて、聴覚空間注意の機能的形態に関するさらなる洞察をもたらしました。現在の研究では、聴覚空間注意は、これまで視覚注意と関連していることが示されていた多くの領域と機能的に重複していることが示唆されています。

視覚領域における注意に関する神経画像研究は数多く存在するが、聴覚領域における注意プロセスを調査した研究は比較的少ない。fMRIを用いた聴覚研究では、スキャナノイズが聴覚刺激に影響を及ぼすのを軽減または回避するために、追加の手順を踏む必要がある。^{[7]スキャナノイズの影響を軽減するために、スパースな時間的サンプリングスキャンパターンが使用されることが多く、}血行動態の遅延を利用し、刺激が提示された後にのみスキャンを行う。^[8]

視覚処理の「何」（腹側）と「どこ」（背側）のストリーム（2つのストリーム仮説を参照）と同様に、聴覚も識別経路と位置特定経路に分かれていることを示唆する証拠があります。

Alain et al. ^[9]は、被験者が最初の音を記憶し、それを 500 ms 後に提示された 2 番目の音と比較するという遅延サンプル一致タスクを使用しました。刺激音のセットは実験を通して同じままでしたが、タスク ブロックはピッチ比較と空間比較を交互に行いました。たとえば、ピッチ比較ブロックでは、2 つの音の空間的な位置に関係なく、2 番目の刺激のピッチが最初のピッチよりも高いか、低いか、または等しいかを報告するように指示されました。逆に、空間比較ブロックでは、音のピッチに関係なく、2 番目の音が最初の音に対して空間的に左にあるか、右にあるか、または等しいかを報告するように指示されました。このタスクは、fMRI と ERP を使用した 2 つの実験で使用され、それぞれ「何」と「どこ」の聴覚処理の空間的および時間的特性を測定しました。ピッチと空間の判断を比較すると、ピッチ課題中に一次聴覚皮質と右下前頭回の活性化が増加し、空間課題中に両側の後側頭葉、下頭頂皮質と上頭頂皮質の活性化が増加したことが明らかになりました。ERP の結果では、最初の刺激の開始から 300 ～ 500 ms 後にピッチ課題と空間課題の間に相違が見られ、ピッチ課題では下前頭側頭葉領域の陽性反応が増加し、空間課題では中心頭頂葉領域の陽性反応が増加しました。これは、視覚で起こると考えられているのと同様に、聴覚シーンの要素が「何」（腹側）と「どこ」（背側）の別々の経路に分割されることを示唆していますが、この類似性が特徴と空間プロセスの超感覚的分割の結果であるかどうかは不明でした。

「何」と「どこ」の経路のモダリティ特異性に関するさらなる証拠は、Diaconescu らによる最近の研究^[6]で提供されており、彼らは、「何」のプロセスは視覚と聴覚で別々の経路を持っているのに対し、「どこ」の経路は超モダリティであり、両方のモダリティで共有されている可能性があると示唆しています。参加者は、ランダムに交互する試行で、刺激の特徴または空間要素のいずれかに反応するように求められましたが、これは設定されたブロック内の聴覚領域と視覚領域間で異なりました。2 つの実験間では、手がかりのモダリティも異なり、最初の実験では、刺激のどの要素 (特徴または空間) に反応するかに関する聴覚手がかりが含まれ、2 番目の実験では視覚手がかりが使用されました。手がかりとターゲットの間の期間中、参加者が提示される手がかりの特徴に注意を払っていたと推定されるとき、聴覚と視覚の両方の空間注意条件は、手がかり開始後 600～1200 ミリ秒で中心内側の位置からソース空間でより大きな陽性反応を引き起こしました。研究の著者は、これが空間情報の超感覚経路の結果である可能性があると提案しています。逆に、特徴注意のソース空間活動は感覚モード間で一貫しておらず、聴覚特徴注意は 300～600 ミリ秒付近で右聴覚放射状双極子でより大きな陽性反応と関連し、空間特徴注意は 700～1050 ミリ秒で左視覚中心下方双極子でより大きな陰性と関連しており、視覚と聴覚には別の特徴または「何」の経路があるという証拠として示唆されています。

聴覚空間注意の機能構造を調査したいくつかの研究では、視覚空間注意と重複する機能領域が明らかになり、超感覚的空間注意ネットワークの存在を示唆しています。

スミスら^[2]は、2つの別々の実験で、視聴覚空間注意時の皮質活性化と視覚空間注意および聴覚特徴注意を対比した。

最初の実験では、内因性またはトップダウンの直交キューイングパラダイムを使用して、視聴覚空間注意と視覚空間注意に関与する皮質領域を調査しました。直交キューイングパラダイムは、キュー刺激によって提供される情報を指します。参加者は、中央または左/右側に現れる刺激に対して空間的な上下の高さの判断を行うように求められました。キューは、提示されるターゲットの側方化に関する情報を提供しましたが、正しい高さの判断に関する情報は含まれていませんでした。このような手順を使用して、空間注意の機能的効果を運動反応プライミングの機能的効果から切り離しました。同じタスクが、交互のブロックで視覚ターゲットと聴覚ターゲットに使用されました。重要なのは、分析の主な焦点が、キューされたターゲットが提示されない「キャッチトライアル」であったことです。これにより、ターゲット刺激関連の活動による汚染なしに、特定の場所への注意に関連する機能的活性化を調査できました。聴覚領域では、末梢の右と左の手がかりに続く活性化を中枢の手がかりと比較すると、後頭頂皮質 (PPC)、前頭眼野 (FEF)、補足運動野 (SMA) で有意な活性化が明らかになりました。これらの領域は、視覚空間注意条件で有意に活性化した領域と重なっています。聴覚と視覚空間注意条件での活性化を比較しても、両者の間に有意差は見つかりませんでした。

2 回目の実験では、参加者に 1 組の識別可能な聴覚刺激が提示されました。この 1 組の刺激は実験全体を通じて同一でしたが、タスクの異なるブロックでは、参加者は刺激の時間的順序 (どちらの音が最初に来たか) または空間的位置 (どちらの音が正中線から遠いか) のいずれかに反応する必要がありました。参加者は各ブロックの開始時にどの特徴に注意を向けるかを指示され、同じ刺激セットに対する聴覚空間注意と聴覚非空間注意による活性化を比較することができました。空間的位置タスクと時間的順序タスクの比較では、両側の側頭頭頂接合部、FEF 付近の両側の上前頭領域、両側の頭頂間溝、両側の後頭側頭接合部など、視覚領域での注意に関連することが以前に判明している領域でより大きな活性化が見られ、視覚と聴覚にわたって超感覚的に機能する注意ネットワークが示唆されました。

内因性視聴覚空間注意の実行制御の解剖学的部位は、fMRI を使用して Wu らによって調査されました。 [ ^3]参加者は、聴覚刺激を予期して、左または右に注意を向けるようにという聴覚キューを受け取りました。参加者に左にも右にも注意を向けないように指示する 3 番目のキューは、コントロールの非空間条件として機能しました。空間注意条件と非空間注意条件での活性化を比較すると、前頭前野、FEF、前帯状皮質(ACC)、上部頭頂葉など、視覚注意の実行制御に関係するいくつかの領域の活性化が増加していることが示され、再びこれらの構造が超感覚注意領域であるという考えを裏付けています。空間注意とコントロールの比較ではさらに、聴覚皮質の活動の増加が明らかになり、それは視聴覚空間注意の反対側の増加であり、視覚注意で見られるように、初期感覚領域のトップダウンバイアスを反映している可能性があります。

Wu らはさらに、被験者が目を閉じて課題を完了したにもかかわらず、聴覚空間注意が視覚情報を処理すると考えられている領域、すなわち楔状部と舌回の活性化の増加と関連していることを観察しました。この活動は注意の場所の反対側ではなかったため、著者らは、この効果は空間的に特異的ではない可能性が高いと主張し、むしろ注意活動の一般的な広がりを反映している可能性があり、マルチモーダル感覚統合に役割を果たしている可能性があると示唆しています。

視聴覚空間注意の機能的基盤に関する研究は、視空間注意に比べて比較的少ないものの、現在、視空間注意に関係する解剖学的構造の多くは超感覚的に機能し、視聴覚注意にも関与していると示唆されています。このつながりの認知的影響は、マルチモーダル処理に関連する可能性があり、まだ十分に調査されていません。

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