«Тот факт, что мы можем воспроизводить всевозможные звуки и мы можем петь, просто поражает меня», — сказал Аарон Джонсон, аффилированный преподаватель Группы науки и технологий биовизуализации в Институте Бекмана и доцент кафедры речи и слуха в Иллинойсе. . «Звуки производятся вибрациями всего двух маленьких кусочков ткани. Вот почему я посвятил всю свою жизнь изучению этого: я думаю, это просто невероятно».Звук голоса создается в гортани, расположенной в области шеи.
Когда мы поем или говорим, голосовые связки — два небольших кусочка ткани — соединяются и, когда воздух проходит над ними, они вибрируют, что производит звук.После 10 лет работы в качестве профессионального певца в чикагских хорах страсть Джонсона к вокальному исполнению вылилась в исследования по пониманию голоса и его нервно-мышечной системы с особым интересом к стареющему голосу.
«Нервно-мышечная система и гортань изменяются и атрофируются с возрастом, и это вносит свой вклад во многие недостатки, которые мы связываем со старым голосом, такие как слабый, напряженный или хриплый голос», — сказал Джонсон. «Мне интересно понять, как происходят эти изменения, и могут ли вмешательства, например, тренировки вокала, обратить эти эффекты вспять. Для этого мне нужно посмотреть, как мышцы гортани двигаются в реальном времени».Благодаря возможностям магнитно-резонансной томографии (МРТ) в Центре биомедицинской визуализации (BIC) компании Beckman, Джонсон может просматривать динамические изображения голосовых движений со скоростью 100 кадров в секунду — скорость, которая намного выше, чем у любого другого метода МРТ в мире.«Как правило, МРТ может регистрировать 10 кадров в секунду или около того, но мы можем сканировать 100 кадров в секунду без ущерба для качества изображений», — сказал Брэд Саттон, технический директор BIC и доцент кафедры биоинженерии. в Иллинойсе.
Исследователи опубликовали свой метод в журнале Magnetic Resonance in Medicine.Динамическая визуализация особенно полезна для изучения того, насколько быстро движется язык, а также другие мышцы головы и шеи, используемые во время речи и пения.«Чтобы запечатлеть артикуляционные движения, необходимо 100 кадров в секунду, и именно это делает эту технику невероятной», — сказал Джонсон.
С недавней наградой K23 за карьерный рост от Национального института здоровья (NIH) Джонсон изучает, улучшит ли групповое пение пожилых людей в пенсионных сообществах структуру гортани, давая взрослым более сильный и мощный голос. Это исследование основано на данных о движении гортани до и после, собранных с помощью метода МРТ.
Основы этой техники были разработаны группой профессора электротехники и компьютерной инженерии Чжи-Пей Ляна в Институте Бекмана. Саттон и его команда усовершенствовали и внедрили эту технику, чтобы сделать возможным высокоскоростное отображение речи.«Эта техника отличается высоким пространственным и временным разрешением речи — она одновременно очень детализирована и очень быстра.
Часто вы можете использовать только один из них в МРТ», — сказал Саттон. «Мы разработали специальный метод сбора данных, который собирает необходимые данные как для пространства, так и для времени в двух частях, а затем объединяет их для достижения высокого качества, высокого пространственного разрешения и высокоскоростной визуализации».Чтобы объединить динамическое изображение со звуком, исследователи используют оптоволоконный микрофон с шумоподавлением, чтобы вытащить голос, а затем совместить звуковую дорожку с изображением.
«У нас есть очень динамичное сообщество в Институте Бекмана и Иллинойса, которое работает над этим, от инженеров до лингвистов, и мы можем измерять вещи с помощью МРТ так, как не могли бы еще пару лет назад», — сказал Саттон. «Но что делает его стоящим, так это наличие таких людей, как Аарон, которые задают научные вопросы, которые продвигают наши исследования».