Frontal brain asymmetries as effective parameters to assess the quality of audiovisual stimuli perception in adult and young cochlear implant users
Asimmetria nell’attività cerebrale frontale come parametro efficace della qualità percettiva degli stimoli audiovisivi in portatori di impianto cocleare giovani e adulti
G. Cartocci1*, A.G. Maglione2*, G. Vecchiato1, E. Modica3, D. Rossi3, P. Malerba4, P. Marsella5, A. Scorpecci5, S. Giannantonio5, F. Mosca6, C.A. Leone6, R. Grassia6, F. Babiloni1,2
1 Department of Molecular Medicine, Sapienza University of Rome, Italy; 2 BrainSigns Srl, Rome, Italy; 3 Department of Anatomical, Histological, Forensic & Orthopedic Sciences, Sapienza University of Rome, Italy; 4 Cochlear Italia Srl., Bologna, Italy; 5 Department of Otorhinolaryngology, Audiology and Otology Unit, “Bambino Gesù” Pediatric Hospital, Rome, Italy; 6 ENT Department, Azienda Ospedaliera Dei Colli Monaldi, Naples, Italy * These authors equally contributed to the present article.
Summary
How is music perceived by cochlear implant (CI) users? This question arises as “the next step” given the impressive performance obtained by these patients in language perception. Furthermore, how can music perception be evaluated beyond self-report rating, in order to obtain measurable data? To address this question, estimation of the frontal electroencephalographic (EEG) alpha activity imbalance, acquired through a 19-channel EEG cap, appears to be a suitable instrument to measure the approach/withdrawal (AW index) reaction to external stimuli. Specifically, a greater value of AW indicates an increased propensity to stimulus approach, and vice versa a lower one a tendency to withdraw from the stimulus. Additionally, due to prelingually and postlingually deafened pathology acquisition, children and adults, respectively, would probably differ in music perception. The aim of the present study was to investigate children and adult CI users, in unilateral (UCI) and bilateral (BCI) implantation conditions, during three experimental situations of music exposure (normal, distorted and mute). Additionally, a study of functional connectivity patterns within cerebral networks was performed to investigate functioning patterns in different experimental populations. As a general result, congruency among patterns between BCI patients and control (CTRL) subjects was seen, characterised by lowest values for the distorted condition (vs. normal and mute conditions) in the AW index and in the connectivity analysis. Additionally, the normal and distorted conditions were significantly different in CI and CTRL adults, and in CTRL children, but not in CI children. These results suggest a higher capacity of discrimination and approach motivation towards normal music in CTRL and BCI subjects, but not for UCI patients. Therefore, for perception of music CTRL and BCI participants appear more similar than UCI subjects, as estimated by measurable and not self-reported parameters.
Riassunto
Come è percepita la musica dai portatori di impianto cocleare (CI)? Questa domanda sorge come la “prossima sfida”, date le impressionanti prestazioni ottenute da questi pazienti nella percezione del linguaggio. Inoltre, come valutare la percezione della musica oltre il dichiarato verbale, così da ottenere dati misurabili? Per rispondere a tale domanda la stima dell’asimmetria dell’attività elettroencefalografica (EEG) in banda alfa, acquisita tramite una cuffia a 19 canali, risulta un mezzo adatto a misurare la tendenza all’approccio o al rifiuto (indice AW) verso uno stimolo. Specificamente, un maggior valore di AW indica una maggiore propensione all’approccio, viceversa un minor valore di AW una tendenza ad evitare un determinato stimolo. Inoltre, a causa dell’acquisizione prelinguale e postlinguale della sordità, bambini ed adulti rispettivamente potrebbero differire nella percezione della musica. Scopo del presente studio è stato quello di indagare due popolazioni di portatori di impianto cocleare di diversa età, bambini e adulti, nelle condizioni di impianto cocleare unilaterale (UCI) e impianto cocleare bilaterale (BCI), durante l’esposizione a tre condizioni sperimentali di stimolo musicale (Normale, Distorto e Muto). Inoltre, è stato effettuato uno studio di modelli di connettività funzionale tra reti cerebrali, così da investigare eventuali pattern funzionali peculiari delle diverse popolazioni. Come risultato generale, sia negli adulti che nei bambini, è stato dimostrata una congruenza tra i pattern elettroencefalografici riportati in pazienti BCI e soggetti di controllo normoudenti (CTRL), caratterizzata da valori più bassi per la condizione Distorto (rispetto alle condizioni Normale e Muto) nell’indice AW e nell’analisi di connettività. Inoltre, la condizione Normale e Distorta risultavano differenti in modo statisticamente significativo per il gruppo degli adulti con impianto cocleare e nei CTRL, così come nel gruppo bambini CTRL, ma non nei bambini con impianto cocleare. Queste evidenze suggeriscono una maggiore capacità di discriminazione e di motivazione all’approccio verso la musica Normale per i soggetti CTRL e BCI, a causa della somiglianza nella percezione della musica per questi due gruppi, in particolare per gli adulti, ma non per i pazienti UCI. Di conseguenza soggetti CTRL e BCI appaiono più simili che gli UCI nella percezione della musica Normale, come stimato da parametri misurabili, non derivanti da dati auto-dichiarati dai pazienti.