Diese Arbeit wurde unterstützt durch ein APART Stipendium der österreichischen Akademie der Wissenschaften (CTH), Projekt der Technologieagentur der Tschechischen Republik keine. TA04010877 (CTH, VH und Richter), und der Tschechische Science Foundation (GACR) Projekt keine GA16-01246S (zum Richter). Wir danken W. Tecumseh Fitch für seinen Vorschlag zur Prothese Fixativ Creme benutzen und Ing. P. Liska von der Tschechischen Armee Forest Service für seine Hilfe bei der Beschaffung der ausgeschnittenen Hirsche Larynges.

Die Tierpräparate in diesem Papier analysiert wurden im Einklang mit den ethischen Standardanforderungen der Palacký-Universität in Olomouc, Tschechische Republik behandelt. Sie stammen von Rotwild Leben wild in den Wäldern, die von der Tschechischen Armee Forest Service während einer regulären Jagdsaison gejagt wurden.
1. Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf-Probe
Hinweis: Nur entsprechend vorbereitete Proben sollte verwendet werden, wie in4 angegeben. Schnelles Einfrieren des Kehlkopfes25 sofort nach Exzision und Lagerung bei-80 ° C minimiert das Potenzial der Gewebe Zerstörung und Veränderung der biomechanischen Eigenschaften und ermöglicht die Durchführung der Experimente zu jeder beliebigen Zeit.
<ol><li>
Auftauen des Kehlkopfes
	<ol>
<li>Stecken Sie den gefrorenen Kehlkopf in zwei Autoklaven Taschen oder andere PP-Beutel mit wasserdichten Abdichtung. Die Taschen zu versiegeln und steckte sie in ein Wasserbad bis 30 ° C erhitzt, bis der Kehlkopf vollständig abgetaut ist. Die Dauer reicht von ein paar Stunden mehr als einen Tag, je nach Größe des Kehlkopfes und Gefriertemperatur.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Reinigung des Kehlkopfes
	<ol>
<li>Nach der Kehlkopf aufgetaut ist, entfernen Sie es aus der Tasche und reinigen Sie es gründlich mit Kochsalzlösung (0,9 % NaCl).</li>
		<li>Sorgfältig entfernen Überflüssiges Gewebe soweit anwendbar (d. h. externen Nackenmuskulatur, Zungenbeins etc.) ohne die Kehlkopf Hauptstrukturen zu beschädigen, und kürzen Sie die Luftröhre bis zu einer Länge ausreichend für die Montage des Kehlkopfes auf einem Luft-Zuleitung (in der Regel ca. 4-5 cm).</li>
		<li>Überprüfen Sie das Kehlkopf Gewebe für mögliche Anomalien, Gewebe, wie Wunden, organische Verformungen oder Risse, die möglicherweise aus den Gefrierprozess, der den Kehlkopf ungeeignet für das Experiment machen könnten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Exposition der Schilddrüse und Ringknorpel Knorpel
	<ol>
<li>Entfernen Sie Teile des externen Kehlkopf Muskelgewebes rund um die Schilddrüse und Ringknorpel Knorpel mit einem Skalpell, so setzen die Knorpel in der Vorbereitung für die Mitte-sagittalen Schnitt erstellen die Hemi-Kehlkopf. Diese Vorbereitungsphase ist in Abbildung 1A und 1 bdargestellt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Mitte-sagittalen Schnitt durch die Schilddrüse Knorpel
	<ol>
<li>Machen Sie einen ersten vertikalen Schnitt durch den vorderen Teil der Schilddrüse Knorpel.</li>
		<li>Legen Sie vorsichtig den Schnitt etwas mehr auf die Seite, die entfernt werden, damit nicht der Stimmlippe beschädigt, der erhalten bleiben soll. Verwenden Sie nach Möglichkeit ein Skalpell zum Schneiden. Wenn der Knorpel erstarrt ist, verwenden Sie eine kleine Säge.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Schneiden des Ringknorpel Knorpels
	<ol>
<li>Führen Sie den Schnitt senkrecht (inferior) aus zwischen die Arytenoid Knorpel und dann durch den Ringknorpel Knorpel auf eine etwa horizontalen Ebene der minderwertigen Schilddrüse Kerbe.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Entfernung von einer Stimmlippe, erstellen einen L-förmigen Schnitt im Kehlkopf
	<ol>
<li>Stellen Sie einen horizontalen Schnitt schlechter als Ende des zuvor erstellten vertikalen Schnitt in der Ringknorpel Knorpel ab und führen den neuen Schnitt in Richtung der minderwertigen Schilddrüse Kerbe. Vorangegangene Falten Sie die Seite des Kehlkopfes, die entfernt werden soll.</li>
		<li>Machen Sie einen vertikalen Schnitt durch das weiche Gewebe an der Innenseite der Schilddrüse Knorpel - seien Sie vorsichtig beim Schnitt zwischen der vorderen Befestigung der Stimmlippen zu der Schilddrüse Knorpel, wodurch Schäden an der Stimmlippe führt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Verfeinerung des Schnittes durch die Schilddrüse Knorpel
	<ol>
<li>Verwenden Sie ein Skalpell, eine Säge oder eine Datei, um eine gerade geraden Schnitt in der Schilddrüse Knorpel gelten, und wie nah wie möglich an den vorderen Teil der bisher geprüften Stimmlippe.</li>
		<li>Auch einen kleinen Teil der hinteren Schilddrüse Knorpel entfernen, um Platz für das Einfügen der Zinke für adducting die Arytenoid schaffen Knorpel und damit die Vocal Falten (siehe unten). Diese Vorbereitungsphase ist in Abbildung 1 und 1 Ddargestellt. Hinweis: Abhängig von der Fragestellung kann volle Exposition des ganzen Stimmlippe benötigt, um seine Sichtbarkeit von oben zu aktivieren. In einem solchen Fall sollte der Strukturen über die (wahre) Stimmlippe (d. h. die ventrikuläre oder vestibuläre Falte, soweit anwendbar, da die Anatomie der Probe) entfernt werden. In einigen Exemplaren die inneren Weichteile Kehlkopf oberhalb der Stimmlippen verliert seine Verbindung mit der Schilddrüse Knorpel und stört die Stimmlippe während Vibrationen verursachen unechte (meist unregelmäßig) oszillierenden Muster. In einem solchen Fall ist die sorgfältige Entfernung des Gewebes unvermeidlich.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55303/55303fig1.jpg"> Abbildung 1 : Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und Montage. (A) und (B) gereinigt Kehlkopf Exemplar, medialen und hinteren Ansicht bis zur Entfernung der linken Stimmlippe; (C) und (D) vorbereiteten Hemi-Kehlkopf mit L-förmigen Schnitt (links Stimmlippe entfernt), medialen und hinteren Ansicht. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55303/55303fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

(2) Hemi-Kehlkopf-Experiment
<ol><li>
Hemi-Larynx-setup
	<ol>
<li>Verwenden Sie eine Luftzufuhr Rohr erwärmt und befeuchtete Luft in den Kehlkopf liefert.</li>
		<li>Konstrukt zwei senkrecht angeordneten transparente Platten als Ersatz für die entfernten Kehlkopf Teile.</li>
		<li>Verwendung Dreizack 4 zur Erhöhung der Stabilität des Kehlkopfes und die Schaffung einer richtigen pre-phonatory Kehlkopf-Konfiguration durch adducting der verbleibenden Stimmlippe, die vertikale Glasplatte (siehe Abb. 2A). Hinweis: Theoretisch könnte die Stimmlippen auch durch Nähte und Gewichte auf eine Riemenscheibe-Hebel System 26 adduziert werden. Allerdings wurde, ein solches Vorgehen nach bestem Wissen von diesen Autoren, noch nicht für eine Hemilarynx Zubereitung versucht.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55303/55303fig2.jpg">
Abbildung 2 : Hemi-Kehlkopf Setup. (A) Tragkonstruktionen: Luft-Zuleitung, L-förmigen Glas Platte Anordnung, Adduktion Zinken. (B) Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung mit Adduktion Zinken montiert. (C) und (D) Nahaufnahmen von Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung, gesehen von der Seite und von oben, beziehungsweise. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55303/55303fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<ol start="2"><li>
Montage der Hemi-Kehlkopf
	<ol>
<li>Decken Sie der Luft-Zuleitung mit Haftpuder Creme ab und montieren Sie den Kehlkopf, mit der restliche Teil der Luftröhre. Die Fixativ Creme arbeitet als Klebstoff und schließt mögliche Lücken, wodurch eine luftdichte Abdichtung.</li>
		<li>Befestigen Sie die Luftröhre mit einem Kunststoff-Armband oder eine Schlauchschelle festziehen.</li>
		<li>Auch die Kanten des Schnittes durch die Schilddrüse Knorpel mit Sahne, unter Vermeidung der Verbreitung Fixativ Creme auf die Stimmlippe oder die inneren Weichteile Kehlkopf Fixativ zu decken.</li>
		<li>Befestigen Sie die transparente Platten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Stabilisierung der Schilddrüse Knorpel, Adduktion der Stimmlippe mit Zinken
	<ol>
<li>Verwenden Sie die Zacken Addukt Stimmlippe bis auf den Teller und stabilisieren die Schilddrüse Knorpel.</li>
		<li>Nachdem die Fixativ Creme festgelegt hat, gelten Sie den Luftstrom um Stimmlippe Oszillation und Überprüfung auf eventuelle Undichtigkeiten zwischen den Hemi-Kehlkopf und die Glasplatten zu etablieren.</li>
		<li>Eventuell auftretende Lücken durch Zugabe von mehr Fixativ Creme zu versiegeln.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung teilt die Vorteile der "konventionellen" (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Setup: In solch einen experimentellen Ansatz, physikalischen und physiologischen Randbedingungen und Parameter (z. B. subglottal Druck oder Dehnung der Stimmlippe) können sein ziemlich gut kontrolliert. Das Verhalten des Hemilarynx ist homolog zu, die eine vollständige Kehlkopf mit einem perfekten seitliche Symmetrie, mit der Ausnahme, dass Größen einiger Parameter (zB., Luftdurchsatz, Schalldruck) sind u...

Stimme entsteht in der Regel durch Vibrieren Kehlkopf Gewebe (vor allem die Stimmlippen), die einen stetigen Luftstrom, geliefert von der Lunge in eine Sequenz von Luftstrom Impulse umwandelt. Der Schalldruck-Wellenform (d. h., die primären Ton) entstehende diese Abfolge von Flow Pulse akustisch Vokaltrakts, sie filtert, erregt, und der daraus resultierende Klang strahlt aus dem Mund und (zu einem gewissen Grad) von der Nase1 . Die spektrale Zusammensetzung des erzeugten Klangs wird weitgehend von der Qualität der Stimmlippe Vibration, Kehlkopf Biomechanik und Interaktionen mit den trachealen Airflow2geregelt beeinflusst. Sowohl in einer klinischen und einer Forschungskontext ist Dokumentation und Bewertung der Stimmlippe Vibration daher von vor allem Interesse bei der Sprachproduktion zu studieren.
Beim Menschen direkte Endoskopische Untersuchung des Kehlkopfes beim Klangerzeugung in Vivo ist anspruchsvoll, und es ist praktisch unmöglich, in nicht-menschlichen Säugetieren, aktuelle technologische Mittel gegeben. Deshalb, und um Garantie sorgfältig kontrolliert körperliche und/oder physiologischen experimentellen Randbedingungen, die Nutzung der ausgeschnittenen Larynges3,4 ist in vielen Fällen eine angemessene Vertretung für die Untersuchung von in-vivo Produktion Mechanismen zu äußern.
Stimmlippe Vibration ist ein komplexes dreidimensionales Phänomen5. Während herkömmliche Untersuchungsmethoden wie bieten Kehlkopf Endoskopie (in Vivo) oder ausgeschnittenen Kehlkopf Zubereitungen in der Regel nur eine überlegene Ansicht der schwingenden Stimmlippen6, sie erlauben nicht die vollständige dreidimensionale Analyse der Stimmlippe Bewegung. Insbesondere sind die untere (kaudalen) Ränder der Stimmlippen in die überragende Aussicht während eines großen Teils des Kreislaufs Vibrations unsichtbar. Dies ist aufgrund der Phasenverschiebung zwischen die untere (kaudalen) und superior (cranial) Rand der Stimmlippen, ein Phänomen, das in der Regel während der Stimmlippe Oszillation5gesehen wird. Als direkte empirische Evidenz für die Sicherung der Ergebnisse von mathematischen und physikalischen Modellen knapp ist, wissen über die Geometrie und die Bewegung des unteren Vocal Falten Rand7, und damit die Geometrie des subglottal Kanal8,9 , 10 ist entscheidend für ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Kehlkopf Luftstrom, Stimmlippe Gewebe und die daraus resultierenden Kräfte und drücke11,-12. Stimmlippe Schwingung, die die üblichen überlegene verborgen ist ein weiterer Aspekt ist die vertikale (Caudo-cranial) Tiefe des Kontakts zwischen den beiden Stimmlippen. Die vertikale Kontakt Tiefe bezieht sich auf die vertikale Dicke der Stimmlippen, ist ein möglicher Indikator für die Stimmlage singen ("Brust" vs. "Fistelstimme" Register)13,14verwendet.
Um die Unzulänglichkeiten der konventionellen (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Vorbereitungen zu überwinden, kann eine sogenannte Hemi-Kehlkopf-Setup verwendet werden, wo die Hälfte des Kehlkopfes wird entfernt, und erleichtert so die Beurteilung der Vibrations Merkmale der verbleibenden Stimmlippe in drei Dimensionen. Überraschenderweise haben seit der Einführung dieser Einrichtung in den 1960er Jahren15 und eine Erstvalidierung des Konzepts in 199316, nicht viele Labors Experimente mit diesem vielversprechenden Versuchsansatz17,18 durchgeführt ,19,20,21,22,23. Eine Erklärung dafür könnte in die Schwierigkeiten bei der Schaffung einer lebensfähigen Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung gefunden werden. Während die konventionellen ausgeschnittenen (voll) Kehlkopf Vorbereitung gut dokumentierte4ist, sind noch keine solche ausführliche Anleitung zum Erstellen einer Hemi-Kehlkopf-Setup zur Verfügung. Es ist daher das Ziel dieses Papiers, eine Tutorial für die Einrichtung einer zuverlässig reproduzierbare Hemi-Kehlkopf-Setup, ergänzt durch experimentelle Ergebnisse aus Rothirsch Exemplare bereitzustellen.
Eine Hemi-Kehlkopf-Setup teilt viele Eigenschaften mit einem "konventionellen" ausgeschnittenen Kehlkopf Setup, wie Messgeräte, High-Speed- oder anderen imaging-Technologie, angemessen dokumentieren die Schwingungen der Kehlkopf Strukturen während der Klangerzeugung, oder richtige Lieferung von beheizten, befeuchtete Luft. Diese allgemeine Setup-Überlegungen sind in ein Buch Kapitel4 und ein technischer Bericht aus dem nationalen Zentrum für Gesang und Sprache24detailliert beschrieben. Wiederholung dieser Anleitung wäre würde den Rahmen sprengen diese Handschrift. Hier werden nur die speziellen Richtlinien zur Erzeugung einer Hemi-Kehlkopf-Setup präsentiert.

<table><tbody><tr><td>Surgical blades</td><td>Surgeon</td><td>Jai Surgical Ltd., New Delhi, India</td><td></td></tr><tr><td>Saw</td><td>Hand saw (Lux, 150 mm length)</td><td>Lux, Wermelskirchen, Germany</td><td></td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>Testo 922</td><td>Testo Ltd., Hampshire, UK</td><td>K-type Probe, Operating temperature -20 to +50 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>Autoclave bags</td><td>Autoclave bags</td><td>vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Czech republic</td><td></td></tr><tr><td>Conductive glass plates</td><td>Custom made</td><td>UPOL - Joint laboratory of Optics&lt;br/&gt; Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.</td><td></td></tr><tr><td>Fixative cream</td><td>Denture fixative cream</td><td>Blend-a-dent Natural</td><td></td></tr><tr><td>Prongs and fastening system</td><td>Customized Kanya Al eloxed profiles</td><td>Distributor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, the Czech Rep.;</td><td>&amp;nbsp;Combination of Kanya RVS and PVS fastening systems (http://www.kanya.cz/) + custom made prongs</td></tr><tr><td>Mounting tube</td><td>Custom made</td><td>UPOL - Joint laboratory of Optics,&lt;br/&gt; Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.</td><td></td></tr><tr><td>LED Light</td><td>Verbatim 52204 LED Lamp</td><td>Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japan</td><td></td></tr><tr><td>Camera</td><td>Canon EOS1100D</td><td>Canon Inc.</td><td>18-55 mm lens</td></tr><tr><td>Airpump</td><td>Resun LP100</td><td>Resun</td><td></td></tr><tr><td>Strobe light</td><td>ELMED Helio-Strob micro2</td><td>ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germany</td><td></td></tr><tr><td>Humidifier</td><td>Custom made</td><td>Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic</td><td></td></tr><tr><td>Subglottic tract</td><td>Custom made adjustable subglottic tract</td><td>Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic</td><td>Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Utility model no. 25585: Model of subglottal tract] (In Czech) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi</td></tr></tbody></table>

hemi-laryngeal setup for studying vocal fold vibration in three dimensions

Die Stimme der Menschen und die meisten nicht-menschlichen Säugetieren wird im Kehlkopf durch autarke Schwingung der Stimmlippen erzeugt. Direkte visuelle Dokumentation der Stimmlippe Schwingung ist anspruchsvoll, vor allem bei nicht-menschlichen Säugetieren. Als Alternative bieten ausgeschnittenen Kehlkopf Experimente die Möglichkeit, Stimmlippe Vibration unter kontrollierten physiologischen und physikalischen Bedingungen zu untersuchen. Die Verwendung von einem vollen Kehlkopf bietet jedoch nur eine Draufsicht der Stimmlippen, wesentliche Teile der oszillierenden Strukturen von Beobachtung während ihrer Interaktion mit aerodynamischen Kräfte auszuschließen. Diese Einschränkung überwunden werden durch die Nutzung einer Hemi-Kehlkopf-Setup, wo die Hälfte des Kehlkopfes ist Mitte-sagittal entfernt, bietet eine überlegene und einen seitlichen Blick auf die restlichen Stimmlippe während selbsttragenden Schwingung.
Hier ist eine Anleitung für die anatomische Vorbereitung der Hemi-Larynx Strukturen und ihre Montage auf dem Labortisch gegeben. Beispielhafte Stimmbildung der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung ist mit High-Speed-video von zwei synchronisierten Kameras (superior und seitliche Ansichten), zeigt dreidimensionale Stimmlippe Bewegung und entsprechende zeitabhängige Kontaktfläche erfassten Daten dokumentiert. Die Dokumentation des Hemi-Kehlkopf-Setups in dieser Publikation erleichtert die Anwendung und zuverlässige Reproduzierbarkeit in der experimentellen Forschung, Bereitstellung von Stimme Wissenschaftler mit dem Potenzial zum besseren Verständnis der Biomechanik der Sprachproduktion.

In Abbildung 1 und Abbildung 2, angeboten bzw. Abbildungen der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und seine Befestigung an der Zuleitung der Luft, wie im vorherigen Abschnitt verwiesen.
Dokumentation der Stimmlippe Vibration aus zwei Kameraperspektiven
Luftstrom-induzierte autarke Schwingung der Stimm...

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Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions

Dieses Papier stellt ein Protokoll für die Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf Proben erleichtern eine Multi-dimensionale Ansicht der Stimmlippe Vibration, um verschiedene biophysikalische Aspekte der Sprachproduktion in Menschen und nicht-menschlichen Säugetieren zu untersuchen.

Hemi-Larynx-Setup für das Studium Stimmlippe Vibration in drei Dimensionen

The voice of humans and most non-human mammals is generated in the larynx through self-sustaining oscillation of the vocal folds. Direct visual ...

hemi-laryngeal-setup-for-studying-vocal-fold-vibration-three

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Biology

10.9K Aufrufe.  Palacky University Olomouc. Dieses Papier stellt ein Protokoll für die Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf Proben erleichtern eine Multi-dimensionale Ansicht der Stimmlippe Vibration, um verschiedene biophysikalische Aspekte der Sprachproduktion in Menschen und nicht-menschlichen Säugetieren zu untersuchen.

Serie: Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions

Synthetic, Multi-Layer, Self-Oscillating Vocal Fold Model Fabrication

Sound for the human voice is produced via flow-induced vocal fold vibration. The vocal folds consist of several layers of tissue, each with differing material properties 1. Normal voice production relies on healthy tissue and vocal folds, and occurs as a result of complex coupling between aerodynamic, structural dynamic, and acoustic physical phenomena. Voice disorders affect up to 7.5 million annually in the United States alone 2 and often result in significant financial, social, and other quality-of-life difficulties. Understanding the physics of voice production has the potential to significantly benefit voice care, including clinical prevention, diagnosis, and treatment of voice disorders.
Existing methods for studying voice production include in vivo experimentation using human and animal subjects, in vitro experimentation using excised larynges and synthetic models, and computational modeling. Owing to hazardous and difficult instrument access, in vivo experiments are severely limited in scope. Excised larynx experiments have the benefit of anatomical and some physiological realism, but parametric studies involving geometric and material property variables are limited. Further, they are typically only able to be vibrated for relatively short periods of time (typically on the order of minutes).
Overcoming some of the limitations of excised larynx experiments, synthetic vocal fold models are emerging as a complementary tool for studying voice production. Synthetic models can be fabricated with systematic changes to geometry and material properties, allowing for the study of healthy and unhealthy human phonatory aerodynamics, structural dynamics, and acoustics. For example, they have been used to study left-right vocal fold asymmetry 3,4, clinical instrument development 5, laryngeal aerodynamics 6-9, vocal fold contact pressure 10, and subglottal acoustics 11 (a more comprehensive list can be found in Kniesburges et al. 12)
Existing synthetic vocal fold models, however, have either been homogenous (one-layer models) or have been fabricated using two materials of differing stiffness (two-layer models). This approach does not allow for representation of the actual multi-layer structure of the human vocal folds 1 that plays a central role in governing vocal fold flow-induced vibratory response. Consequently, one- and two-layer synthetic vocal fold models have exhibited disadvantages 3,6,8 such as higher onset pressures than what are typical for human phonation (onset pressure is the minimum lung pressure required to initiate vibration), unnaturally large inferior-superior motion, and lack of a "mucosal wave" (a vertically-traveling wave that is characteristic of healthy human vocal fold vibration).
In this paper, fabrication of a model with multiple layers of differing material properties is described. The model layers simulate the multi-layer structure of the human vocal folds, including epithelium, superficial lamina propria (SLP), intermediate and deep lamina propria (i.e., ligament; a fiber is included for anterior-posterior stiffness), and muscle (i.e., body) layers 1. Results are included that show that the model exhibits improved vibratory characteristics over prior one- and two-layer synthetic models, including onset pressure closer to human onset pressure, reduced inferior-superior motion, and evidence of a mucosal wave.

The methodology for fabricating synthetic vocal fold models is described. The models are life-sized and mimic the multi-layer structure of the human vocal folds. Results show the models to self-oscillate at pressures comparable to lung pressure and demonstrate flow-induced vibratory responses that are similar to those of human vocal folds.

Synthetische Multi-Layer-, Selbst-Oszillierende Stimmlippen Modell Fabrication

Sound for the human voice is produced via flow-induced vocal fold vibration. The vocal folds consist of several layers of tissue, each with differing ...

Forschung

Biotechnik

Chip-based Three-dimensional Cell Culture in Perfused Micro-bioreactors

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from non-biodegradable polymers, e.g., polycarbonate or polymethyl methacrylate by micro injection molding, micro hot embossing or micro thermoforming. But, it can also be manufactured from bio-degradable polymers. Its overall dimensions are 0.7 1 x 20 x 20 x 0.7 1 mm (h x w x l). The main features of the chips used are either a grid of up to 1156 cubic micro-containers (cf-chip) each the size of 120-300 x 300 x 300 &mu; (h x w x l) or round recesses with diameters of 300 &mu; and a depth of 300 &mu; (r-chip). The scaffold can house 10 Mio. cells in a three-dimensional configuration. For an optimal nutrient and gas supply, the chip is inserted in a bioreactor housing. The bioreactor is part of a closed steril circulation loop that, in the simplest configuration, is additionaly comprised of a roller pump and a medium reservoir with a gas supply. The bioreactor can be run in perfusion, superfusion, or even a mixed operation mode. We have successfully cultivated cell lines as well as primary cells over periods of several weeks. For rat primary liver cells we could show a preservation of organotypic functions for more than 2 weeks. For hepatocellular carcinoma cell lines we could show the induction of liver specific genes not or only slightly expressed in standard monolayer culture. The system might also be useful as a stem cell cultivation system since first differentiation experiments with stem cell lines were promising.

We describe a chip-based platform for the three-dimensional cultivation of cells in micro-bioreactors. One chip can house up to 10 Mio. cells that can be cultivated under precisely defined conditions with regard to fluid flow, oxygen tension etc. in a sterile, closed circulation loop.

Chip-basierte dreidimensionale Zellkultur in perfundierten Micro-Bioreaktoren

We have developed a chip-based cell culture system for the three-dimensional cultivation of cells. The chip is typically manufactured from ...

Biologie

fMRI Mapping of Brain Activity Associated with the Vocal Production of Consonant and Dissonant Intervals

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance production. The most straightforward manner of musical production is singing, but, from an imaging perspective, it still presents more challenges than listening because it involves motor activity. The accurate singing of musical intervals requires integration between auditory feedback processing and vocal motor control in order to correctly produce each note. This protocol presents a method that permits the monitoring of neural activations associated with the vocal production of consonant and dissonant intervals. Four musical intervals, two consonant and two dissonant, are used as stimuli, both for an auditory discrimination test and a task that involves first listening to and then reproducing given intervals. Participants, all female vocal students at the conservatory level, were studied using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) during the performance of the singing task, with the listening task serving as a control condition. In this manner, the activity of both the motor and auditory systems was observed, and a measure of vocal accuracy during the singing task was also obtained. Thus, the protocol can also be used to track activations associated with singing different types of intervals or with singing the required notes more accurately. The results indicate that singing dissonant intervals requires greater participation of the neural mechanisms responsible for the integration of external feedback from the auditory and sensorimotor systems than does singing consonant intervals.

The neural correlates of listening to consonant and dissonant intervals have been widely studied, but the neural mechanisms associated with production of consonant and dissonant intervals are less well known. In this article, behavioral tests and fMRI are combined with interval identification and singing tasks to describe these mechanisms.

FMRI-Mapping der Gehirnaktivität, verbunden mit der Vokalproduktion von Konsonanten- und Dissonanzintervallen

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance ...

Verhalten

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To emulate the dynamic environment of vocal folds, a novel vocal fold bioreactor capable of producing vibratory stimulations at fundamental phonation frequencies is constructed and characterized. The device is composed of a function generator, a power amplifier, a speaker selector and parallel vibration chambers. Individual vibration chambers are created by sandwiching a custom-made silicone membrane between a pair of acrylic blocks. The silicone membrane not only serves as the bottom of the chamber but also provides a mechanism for securing the cell-laden scaffold. Vibration signals, generated by a speaker mounted underneath the bottom acrylic block, are transmitted to the membrane aerodynamically by the oscillating air. Eight identical vibration modules, fixed on two stationary metal bars, are housed in an anti-humidity chamber for long-term operation in a cell culture incubator. The vibration characteristics of the vocal fold bioreactor are analyzed non-destructively using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The utility of the dynamic culture device is demonstrated by culturing cellular constructs in the presence of 200-Hz sinusoidal vibrations with a mid-membrane displacement of 40 &#181;m. Mesenchymal stem cells cultured in the bioreactor respond to the vibratory signals by altering the synthesis and degradation of vocal fold-relevant, extracellular matrix components. The novel bioreactor system presented herein offers an excellent in vitro platform for studying vibration-induced mechanotransduction and for the engineering of functional vocal fold tissues.

A novel vocal fold bioreactor capable of delivering physiologically relevant, vibratory stimulation to cultured cells is constructed and characterized. This dynamic culture device, when combined with a fibrous poly(&#949;-caprolactone) scaffold, creates a vocal fold-mimetic environment that modulates the behaviors of mesenchymal stem cells.

Konstruktion und Charakterisierung eines neuartigen Bioreaktor Stimmlippen

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement whereas coordinate mapping of hyolaryngeal mechanics using Modified Barium Swallow (MBS) uses one set of coordinates to calculate multiple variables of interest. For demonstration purposes, ten kinematic measurements were generated from one set of coordinates to determine differences in swallowing two different bolus types. Calculations of hyoid excursion against the vertebrae and mandible are correlated to determine the importance of axes of reference.
To demonstrate coordinate mapping methodology, 40 MBS studies were randomly selected from a dataset of healthy normal subjects with no known swallowing impairment. A 5 ml thin-liquid bolus and a 5 ml pudding swallows were measured from each subject. Nine coordinates, mapping the cranial base, mandible, vertebrae and elements of the hyolaryngeal complex, were recorded at the frames of minimum and maximum hyolaryngeal excursion. Coordinates were mathematically converted into ten variables of hyolaryngeal mechanics.
Inter-rater reliability was evaluated by Intraclass correlation coefficients (ICC). Two-tailed t-tests were used to evaluate differences in kinematics by bolus viscosity. Hyoid excursion measurements against different axes of reference were correlated. Inter-rater reliability among six raters for the 18 coordinates ranged from ICC = 0.90 - 0.97. A slate of ten kinematic measurements was compared by subject between the six raters. One outlier was rejected, and the mean of the remaining reliability scores was ICC = 0.91, 0.84 - 0.96, 95% CI. Two-tailed t-tests with Bonferroni corrections comparing ten kinematic variables (5 ml thin-liquid vs. 5 ml pudding swallows) showed statistically significant differences in hyoid excursion, superior laryngeal movement, and pharyngeal shortening (p &#60; 0.005). Pearson correlations of hyoid excursion measurements from two different axes of reference were: r = 0.62, r2 = 0.38, (thin-liquid); r = 0.52, r2 = 0.27, (pudding).
Obtaining landmark coordinates is a reliable method to generate multiple kinematic variables from video fluoroscopic images useful in dysphagia research.

Coordinate mapping is a method of documenting salient features of hyolaryngeal biomechanics in the pharyngeal phase of swallowing. This methodology uses image analysis software to record coordinates of anatomical landmarks. These coordinates are imported into an excel macro and translated into kinematic variables of interest useful in dysphagia research.

Koordinaten Mapping von Hyolaryngeal Mechanik in Schlucken

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement ...

Medizin

3D-Druck von mehrschichtigen Silikon-Stimmlippenmodellen

Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal fold models results in models with undesirable properties, such as stickiness and reproducibility issues. Those vocal fold models are prone to rapid aging, leading to poor comparability across different measurements. In this study, we propose a modification to the manufacturing process by changing the order of layering the silicone material, which leads to the production of non-sticky and highly consistent vocal fold models. We also compare a model produced using this method with a conventionally manufactured vocal fold model that is adversely affected by its sticky surface. We detail the manufacturing process and characterize the properties of the models for potential applications. The outcomes of the study demonstrate the efficacy of the modified fabrication method, highlighting the superior qualities of our non-sticky vocal fold models.&#160;The findings contribute to the development of realistic and reliable vocal fold models for research and clinical applications.

Autor im Rampenlicht: Fortschritte bei der Herstellung synthetischer Stimmlippenmodelle für phonetische und robotische Anwendungen

This study demonstrates the manufacturing of non-sticky and super-soft vocal fold models by introducing a specific way to create the vocal fold layers, providing a detailed description of the manufacturing procedure, and characterizing the properties of the models.

Herstellungsprozess für nicht klebende superweiche Stimmlippenmodelle

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal ...

Ingenieurwesen

Preparation of the Rat Vocal Fold for Neuromuscular Analyses

The purpose of this tutorial is to describe the preparation of the rat vocal fold for histochemical neuromuscular study. This protocol outlines procedures for rat laryngeal dissection, flash-freezing, and cryosectioning of the vocal folds. This study describes how to cryosection vocal folds in both longitudinal and cross-sectional planes. A novelty of this protocol is the laryngeal tracking during cryosectioning that ensures accurate identification of the intrinsic laryngeal muscles and reduces the chance of tissue loss. Figures demonstrate the progressive cryosectioning in both planes. Twenty-nine rat hemi-larynges were cryosectioned and tracked from the emergence of the thyroid cartilage to the appearance of the first section that included the full vocal fold. The full vocal fold was visualized for all animals in both planes. There was high variability in the distance from the appearance of the thyroid cartilage to the appearance of the full vocal fold in both planes. Weight was not correlated to depth of laryngeal landmarks, suggesting individual variability and other factors related to tissue preparation may be responsible for the high variability in the appearance of landmarks during sectioning. This study details a methodology and presents morphological data for preparing the rat vocal fold for histochemical neuromuscular investigation. Due to high individual variability, laryngeal landmarks should be closely tracked during cryosectioning to prevent oversectioning tissue and tissue loss. The use of a consistent methodology, including adequate tissue preparation and awareness of landmarks within the rat larynx, will assist with consistent results across studies and aid new researchers interested in using the rat vocal fold as a model to investigate laryngeal neuromuscular mechanisms.

This protocol describes methods used to prepare rat vocal folds for histochemical neuromuscular study.

Vorbereitung der Stimmlippe der Ratte für neuromuskuläre Analysen

The purpose of this tutorial is to describe the preparation of the rat vocal fold for histochemical neuromuscular study. This protocol outlines procedures ...

Hemi-Larynx-Setup für das Studium Stimmlippe Vibration in drei Dimensionen

Zusammenfassung

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Kapitel in diesem Video

Synthetische Multi-Layer-, Selbst-Oszillierende Stimmlippen Modell Fabrication

Chip-basierte dreidimensionale Zellkultur in perfundierten Micro-Bioreaktoren

FMRI-Mapping der Gehirnaktivität, verbunden mit der Vokalproduktion von Konsonanten- und Dissonanzintervallen

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

Konstruktion und Charakterisierung eines neuartigen Bioreaktor Stimmlippen

Koordinaten Mapping von Hyolaryngeal Mechanik in Schlucken

Herstellungsprozess für nicht klebende superweiche Stimmlippenmodelle

Herstellungsprozess für nicht klebende superweiche Stimmlippenmodelle

Herstellungsprozess für nicht klebende superweiche Stimmlippenmodelle

Vorbereitung der Stimmlippe der Ratte für neuromuskuläre Analysen