Exploración neurofisiológica de mecanismos neuronales de adaptación al ruido

Abstract

Este trabajo de fin de grado propone y evalúa un marco experimental para caracterizar de forma objetiva la adaptación neuronal al ruido mediante medidas psicoacústicas y neurofisiológicas no invasivas. En el estudio psicoacústico se diseñó un test que estimó el umbral de audición corres pondiente al 50% de inteligibilidad (SRT-50, por sus siglas en inglés: speech reception threshold) con tres escenarios en los que difiere el retardo entre el inicio del ruido y la palabra (50, 800 y 1600 ms). Se emplearon palabras vocodificadas y ruido con espectro similar a la voz (SSN, por sus siglas en inglés: speech-shaped noise), ambos calibrados acústicamente. Se analizaron estadísticamente los valores SRT-50 obtenidos en las diferentes condiciones experimentales. Los resultados mostraron una mejora significativa de la inteligibilidad cuando el estímulo verbal se presenta con retraso respecto al inicio del enmascarador, evidenciando adaptación al ruido a nivel perceptivo. En el estudio neurofisiológico se registraron señales de electroencefalografía (EEG, por sus siglas en inglés: electroencephalography) para la estimación de diferentes poten ciales evocados auditivos (AEPs, por sus siglas en inglés: auditory evoked potentials) en dos escenarios con condiciones análogas a las del test psicoacústico: presentación temprana del estímulo (50 ms) y tardía (800 ms) respecto al inicio del ruido. El estímulo acústico consistió en ráfagas de clics presentadas con una relación señal-ruido (SNR, por sus siglas en inglés: signal-to-noise ratio) de 5 dB. La señal EEG registrada se procesó siguiendo dos metodologías: (1) estimación de los potenciales evocados auditivos del tronco cerebral (ABR, por sus siglas en inglés: auditory brainstem response); y (2) estimación del potencial evocado auditivo de la vía completa (full-range AEP), el cual permite representar de manera integral todas las componentes de la vía auditiva, in cluyendo componentes ABR, componentes de latencia media (MLR, por sus siglas en inglés: middle-latency response) y componentes corticales (CAEP, por sus siglas en inglés: cortical auditory evoked potentials). El procesado de la señal EEG incluyó técnicas de mejora de la calidad tales como filtrado digital, rechazo de trama y atenuación del artefacto del pestañeo. Para la estimación de las respuestas ABR y full-range AEP se utilizaron técnicas basadas en deconvolución (las cuales permiten estimar respuestas neurofisiológicas que solapan entre sí, proporcionando un alto grado de flexibilidad en el diseño experimental) y en filtrado dependiente de la latencia en el caso del full-range AEP, permitiendo una representación adecuada de todas las componentes de la vía auditiva en el eje logarítmico de la frecuencia. A nivel de grupo, no se observaron cambios significativos y robustos en la morfología de las respuestas entre condiciones, lo que indica que el estímulo acústico empleado posiblemente no sea adecuado para evidenciar la adaptación mediante medidas neurofisiológicas. En conjunto, el trabajo realizado confirma la evidencia conductual de adaptación al ruido y plantea nuevas líneas de investigación orientadas a su estudio mediante medidas neurofisiológicas.

This bachelor thesis proposes and evaluates an experimental framework to objectively characterize neural adaptation to noise using non-invasive psychoacoustic and neurophysiological measurements. In the psychoacoustic study, a test was designed to estimate the speech reception threshold corresponding to 50% intelligibility (SRT-50) under three scenarios that differed in the delay between noise onset and word presentation (50, 800, and 1600 ms). Vocoded words and speech-shaped noise (SSN), both acoustically calibrated, were employed. The SRT-50 values obtained across the different experimental conditions were analyzed statistically. The results revealed a significant improvement in intelligibility when the speech stimulus was presented with a delay relative to the onset of the masker, providing evidence of perceptual-level adaptation to noise. In the neurophysiological study, electroencephalography (EEG) signals were recorded to estimate different auditory evoked potentials (AEPs) under two scenarios analogous to the psychoacoustic test: early stimulus presentation (50 ms) and late presentation (800 ms) relative to noise onset. The acoustic stimulus consisted of click trains presented at a signal-to-noise ratio (SNR) of +5 dB. The EEG recordings were processed using two approaches: (1) estimation of auditory brainstem responses (ABR); and (2) estimation of full-range auditory evoked potentials (AEPs), which provide an integrated representation of the entire auditory pathway, including ABR, middle-latency responses (MLR), and cortical auditory evoked potentials (CAEP). EEG preprocessing included quality enhancement techniques such as digital filtering, epoch rejection, and blink-artifact suppression. For the estimation of ABR and full-range AEPs, deconvolution-based methods were applied—allowing the separation of overlapping neurophysiological responses and providing high flexibility in experimental design—as well as latency-dependent filtering in the case of full-range AEPs, enabling an appropriate representation of all auditory pathway components along the logarithmic frequency axis. At the group level, no significant or consistent morphological differences were observed between conditions, suggesting that the acoustic stimulus employed may not have been optimal for demonstrating adaptation through neurophysiological measures. Overall, the findings confirm behavioral evidence of noise adaptation and point to new lines of research aimed at studying this phenomenon through neurophysiological approaches.