Development of auditory repetition effects with age : evidence from EEG time-frequency analysis

Abstract

La présentation répétée d’un son inconnu conduit à des effets de répétition comprenant la suppression (‘repetition suppression’ ou RS) ou l’augmentation (‘repetition enhancement’ ou RE) de l’activité neuronale. Ces phénomènes reflètent des mécanismes cérébraux impliquant un apprentissage perceptuel. L’objectif de ce mémoire de maitrise était d’apporter une perspective développementale de l’activité cérébrale sous-tendant l’apprentissage perceptuel auditif. L’EEG a été enregistré chez 101 participants sains âgés de 3 à 40 ans pendant un paradigme auditif passif durant lequel 30 pseudo-mots étaient répétés 6 fois chacun. Des analyses en temps- fréquence ont été calculées pour chaque répétition. La puissance spectrale enregistrées en EEG entre chaque répétition a été comparée au moyen de modèles linéaires mixtes. Les résultats montrent qu’un effet de répétition survient au cours du développement mais varie en fonction de l’âge et des bandes de fréquences. Du RS et RE ont été observés à tous les âges dans le thêta bas et le gamma respectivement. Un effet développemental a été trouvé de façon plus précoce pour le RS dans le thêta haut et de façon tardive pour le RE dans le thêta bas. Ces résultats montrent que les processus impliquant un apprentissage perceptif auditif, tel que le RS et le RE, suivent une trajectoire développementale spécifique en fonction des rythmes cérébraux. Les effets de répétition reflèteraient différents niveaux de traitement des stimuli qui se développeraient de manière indépendante. Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour préciser le rôle fonctionnel des effets de répétitions sur le développement cognitif.

The repeated presentation of unfamiliar sounds leads to repetition effects comprising repetition suppression (RS) and enhancement (RE) of neural activity. These phenomena reflect mechanisms involved in perceptual learning and are associated with a decrease or increase in EEG spectral powers. The objective of this Master’s thesis is to provide a developmental perspective of the cortical activity underlying auditory perceptual learning. EEG was recorded in 101 healthy participants ranging from 3 to 40 years during an auditory paradigm comprising 30 pseudowords repeated six times each. EEG time-frequency spectral power was calculated for each presentation and was compared to quantify repetition effects. Linear mixed model analysis revealed that some repetition effects occurred across ages and others varied with age in specific frequency bands. More precisely, RS and RE were found across ages in lower theta and gamma frequency bands respectively between the first and all subsequent pseudoword presentations. Developmental effects were seen in the RS observed in the higher theta/low alpha band and in the later occurring RE in the lower theta band. These results show that processes involved in auditory perceptual learning, such as RS and RE, are modulated by maturation. Further, repetition effects reflect different levels of stimulus processing and these levels seem to develop independently. More research is required to identify the exact functional roles of auditory repetitions effects on cognitive development.