ABSTRACT

The motor and sensory systems work collaboratively to fulfill cognitive tasks, such as speech. For example, it has been hypothesized that neural signals generated in the motor system can transfer directly to the sensory system along a neural pathway (termed as motor-to-sensory transformation). Previous studies have demonstrated that the motor-to-sensory transformation is crucial for speech production. However, it is still unclear how neural representation dynamically evolves among distinct neural systems and how such representational transformation depends on task demand and the degrees of motor involvement. Using three speech tasks – overt articulation, silent articulation, and imagined articulation, the present fMRI study systematically investigated the representational formats and their dynamics in the motor-to-sensory transformation. Frontal-parietal-temporal neural pathways were observed in all three speech tasks in univariate analyses. The extent of the motor-to-sensory transformation network differed when the degrees of motor engagement varied among tasks. The representational similarity analysis (RSA) revealed that articulatory and acoustic information was represented in motor and auditory regions, respectively, in all three tasks. Moreover, articulatory information was cross-represented in the somatosensory and auditory regions in overt and silent articulation tasks. These results provided evidence for the dynamics and task-dependent transformation between representational formats in the motor-to-sensory transformation.

摘要

运动和感觉系统协同工作以完成认知任务，例如语音。例如，有人假设运动系统中产生的神经信号可以沿着神经通路直接传输到感觉系统（称为运动到感觉的转换）。先前的研究表明，运动到感觉的转换对于语音产生至关重要。然而，目前尚不清楚神经表征如何在不同的神经系统之间动态演化，以及这种表征转换如何取决于任务需求和运动参与程度。本 fMRI 研究使用三种语音任务——明显发音、无声发音和想象发音，系统地研究了运动到感觉转换中的表征格式及其动力学。在单变量分析中，在所有三个语音任务中都观察到了额叶 - 顶叶 - 颞叶神经通路。当运动参与程度因任务而异时，运动到感觉转换网络的程度不同。表征相似性分析 (RSA) 显示，在所有三项任务中，发音和声学信息分别在运动和听觉区域中表示。此外，在公开和无声的发音任务中，发音信息在体感和听觉区域中交叉表示。这些结果为运动到感觉转换中表征格式之间的动态和依赖于任务的转换提供了证据。当运动参与程度因任务而异时，运动到感觉转换网络的程度不同。表征相似性分析 (RSA) 显示，在所有三项任务中，发音和声学信息分别在运动和听觉区域中表示。此外，在公开和无声的发音任务中，发音信息在体感和听觉区域中交叉表示。这些结果为运动到感觉转换中表征格式之间的动态和依赖于任务的转换提供了证据。当运动参与程度因任务而异时，运动到感觉转换网络的程度不同。表征相似性分析 (RSA) 显示，在所有三项任务中，发音和声学信息分别在运动和听觉区域中表示。此外，在公开和无声的发音任务中，发音信息在体感和听觉区域中交叉表示。这些结果为运动到感觉转换中表征格式之间的动态和依赖于任务的转换提供了证据。在公开和无声的发音任务中，发音信息在体感和听觉区域中交叉表示。这些结果为运动到感觉转换中表征格式之间的动态和依赖于任务的转换提供了证据。在公开和无声的发音任务中，发音信息在体感和听觉区域中交叉表示。这些结果为运动到感觉转换中表征格式之间的动态和依赖于任务的转换提供了证据。