Regularity encoding in the auditory brain as revealed by human evoked potentials

Abstract

Acoustic regularity encoding has been associated with a decrease of the neural response to repeated stimulation underlying the representation of auditory objects in the brain. The present thesis encloses two studies that sought to assess the neural correlates of acoustic regularity encoding in the human auditory system, by means of analyzing auditory evoked potentials. Study I was conducted at the Cognitive Neuroscience Research Group, at the Faculty of Psychology of the University of Barcelona (Barcelona, Catalonia, Spain), under the direct supervision of Dr. Carles Escera. This study aimed to explore the dynamics of adaptation of the auditory evoked potentials to probabilistic stimuli embedded in a complex sequence of sounds. The main outcome of this study was the demonstration that the amplitude of auditory evoked potentials adapts to the complex history of stimulation with different time constants concurrently: it adapts faster to local and slower to global probabilities of stimulation. This study also showed that auditory evoked potential amplitudes correlate with stimulus expectancy as defined by a combination of local and global stimulus probabilities. Study II was conducted at the Institute of Child Health (ICH), at the University College of London (UCL; London, United Kingdom), under the direct supervision of Dr. Torsten Baldeweg. This study aimed to explore the influence of timing predictability in the neural adaptation to probabilistic stimuli. The main outcome of this study was the demonstration that timing predictability enhances the repetition-related modulation of the auditory evoked potentials amplitude, being essential for repetition effects at early stages of the auditory processing hierarchy.

La codificació de regularitats acústiques està associada amb la reducció de la resposta neuronal a l’estimulació repetida, essent la base de la representació dels objectes auditius al cervell. La present tesi doctoral inclou dos estudis que exploren els correlats neuronals de la codificació de regularitats acústiques al sistema auditiu humà, mitjançant l’anàlisi dels potencials evocats auditius. L’objectiu del primer estudi, realitzat al Grup de Recerca en Neurociència Cognitiva de la Facultat de Psicologia de la Universitat de Barcelona (UB) i sota la supervisió directa del Dr. Carles Escera, va ser el d’explorar les dinàmiques d’adaptació dels potencials evocats auditius a estímuls probabilístics en una complexa seqüència de sons. El resultat principal d’aquest estudi va ser la demostració de que l’amplitud dels potencials evocats auditius s’adapta a la historia complexa d’estimulació amb diferents constants temporals simultàniament: s’adapta més ràpidament a probabilitats d’estimulació locals que globals. Aquest estudi també va mostrar que l’amplitud dels potencials evocats auditius correlaciona amb l’expectància d’un estímul definida com a una combinació de probabilitats locals i globals d’estimulació. L’objectiu del segon estudi, realitzat al Institute of Child Health (ICH), de l’University College of London (UCL), sota la supervision directa del Dr. Torsten Baldeweg, va ser el d’explorar la influència de la predictabilitat temporal en l’adaptació de l’activitat neuronal a estímuls probabilístics. El resultat principal d’aquest estudi va ser la demostració que la predictabilitat temporal intensifica la modulació de l’amplitud dels potencials evocats auditius a la repetició dels estímuls, essent esencial pels efectes que la repetició exerceix en etapes primerenques de la jerarquía de processament auditiu.