Imaging Learned Song Representations in Populations of Sensorimotor Neurons Essential to Vocal Communication

Perceiving or producing complex vocalizations such as speech and birdsongs require the coordinated activity of neuronal populations, and these activity patterns can vary over space and time. How learned communication signals are represented by populations of sensorimotor neurons essential to vocal perception and production remains poorly understood. Using a combination of two-photon calcium imaging, intracellular electrophysiological recording and retrograde tracing methods in anesthetized adult male zebra finches (Taeniopygia guttata), I addressed how the bird's own song and its component syllables are represented by the spatiotemporal patterns of activity of two spatially intermingled populations of projection neurons (PNs) in HVC, a sensorimotor area required for song perception and production. These experiments revealed that neighboring PNs can respond at markedly different times to song playback and that different syllables activate spatially intermingled HVC PNs within a small region. Moreover, noise correlation analysis reveals enhanced functional connectivity between PNs that respond most strongly to the same syllable and also provides evidence of a spatial gradient of functional connectivity specific to PNs that project to song motor nucleus (i.e. HVC_RA cells). These findings support a model in which syllabic and temporal features of song are represented by spatially intermingled PNs functionally organized into cell- and syllable-type networks.

Merula

Merula is a thirty-minute work for bass flute and electronics, commissioned by Icelandic flautist Kolbeinn Bjarnason. The premiere took place in the Belfast Festival at Queen’s in November 2012. A recording will be made in 2014. Further performances in Iceland, Norway and Poland are anticipated in 2014-15. I have given a research seminar on this work at Queen’s and will deliver it again at the University of Oxford during 2013-14.

Research Goals
1) To develop an effective means of notating live electronics in a manner that would sustain the work's performance history beyond the current generation of software
2) To apply the techniques of transcription and spectralism used in my composition, Perseid, using birdsongs as source material
3) To explore the problem of sustaining large-scale form in music that is primarily fast
4) To facilitate the emergence of the solo bass flute as an important solo instrument through the completion of a new large-scale work

Methodology
• Methodologies employed in this project included sound recording, sound analysis and transcription, extensive precompositional sketching, electroacoustic techniques of sound manipulation, designing complex live processes of sound transformation and spatialisation
• A considerable part of this work was collaboration with the flautist, both in SARC and Iceland. Mr. Bjarnason was involved all stages of the work, frequently recording source materials and helping to ensure the idiomatic nature of the flute writing.
• Developing a means of notating the live electronics. Building on a model suggested by Pierre Boulez in Anthemes 2 (1998), the score of this work includes a technical manual that describes electronic processes in a manner that can be reprogrammed in subsequent generations of software. Combined with a system of notations employed in the full score, the technical manual will enable this composition to be performed by a wide range of performers and technical teams, with appropriately identical results.

Corrélats neuronaux de l'expertise auditive

La voix humaine constitue la partie dominante de notre environnement auditif. Non seulement les humains utilisent-ils la voix pour la parole, mais ils sont tout aussi habiles pour en extraire une multitude d’informations pertinentes sur le locuteur. Cette expertise universelle pour la voix humaine se reflète dans la présence d’aires préférentielles à celle-ci le long des sillons temporaux supérieurs. À ce jour, peu de données nous informent sur la nature et le développement de cette réponse sélective à la voix. Dans le domaine visuel, une vaste littérature aborde une problématique semblable en ce qui a trait à la perception des visages. L’étude d’experts visuels a permis de dégager les processus et régions impliqués dans leur expertise et a démontré une forte ressemblance avec ceux utilisés pour les visages. Dans le domaine auditif, très peu d’études se sont penchées sur la comparaison entre l’expertise pour la voix et d’autres catégories auditives, alors que ces comparaisons pourraient contribuer à une meilleure compréhension de la perception vocale et auditive. La présente thèse a pour dessein de préciser la spécificité des processus et régions impliqués dans le traitement de la voix. Pour ce faire, le recrutement de différents types d’experts ainsi que l’utilisation de différentes méthodes expérimentales ont été préconisés. La première étude a évalué l’influence d’une expertise musicale sur le traitement de la voix humaine, à l’aide de tâches comportementales de discrimination de voix et d’instruments de musique. Les résultats ont démontré que les musiciens amateurs étaient meilleurs que les non-musiciens pour discriminer des timbres d’instruments de musique mais aussi les voix humaines, suggérant une généralisation des apprentissages perceptifs causés par la pratique musicale. La seconde étude avait pour but de comparer les potentiels évoqués auditifs liés aux chants d’oiseaux entre des ornithologues amateurs et des participants novices. L’observation d’une distribution topographique différente chez les ornithologues à la présentation des trois catégories sonores (voix, chants d’oiseaux, sons de l’environnement) a rendu les résultats difficiles à interpréter. Dans la troisième étude, il était question de préciser le rôle des aires temporales de la voix dans le traitement de catégories d’expertise chez deux groupes d’experts auditifs, soit des ornithologues amateurs et des luthiers. Les données comportementales ont démontré une interaction entre les deux groupes d’experts et leur catégorie d’expertise respective pour des tâches de discrimination et de mémorisation. Les résultats obtenus en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ont démontré une interaction du même type dans le sillon temporal supérieur gauche et le gyrus cingulaire postérieur gauche. Ainsi, les aires de la voix sont impliquées dans le traitement de stimuli d’expertise dans deux groupes d’experts auditifs différents. Ce résultat suggère que la sélectivité à la voix humaine, telle que retrouvée dans les sillons temporaux supérieurs, pourrait être expliquée par une exposition prolongée à ces stimuli. Les données présentées démontrent plusieurs similitudes comportementales et anatomo-fonctionnelles entre le traitement de la voix et d’autres catégories d’expertise. Ces aspects communs sont explicables par une organisation à la fois fonctionnelle et économique du cerveau. Par conséquent, le traitement de la voix et d’autres catégories sonores se baserait sur les mêmes réseaux neuronaux, sauf en cas de traitement plus poussé. Cette interprétation s’avère particulièrement importante pour proposer une approche intégrative quant à la spécificité du traitement de la voix.

Dictionnaire de l'industrie, ou, Collection raisonnée des procédés utiles dans les sciences et dans les arts : contenant nombre de secrets curieux & intéressants pour l'économie & les besoins de la vie : l'indication de différentes expériences à faire : la description de plusieurs jeux très singuliers & très amusants : les notices de découvertes & inventions nouvelles : les détails nécessaires pour se mettre à l'abri des fraudes & falsifications dans plusieurs objets de commerce & de fabrique : ouvrage également propre aux artistes, aux négociants & aux gens du monde /

The article "Jeux" contains descriptions of experiments with electricity (v. 2, p. 288-352); the article "Oiseaux" contains music illustrating bird songs (v. 3, p. 55-56).

An informal report of the first year's work in an experiment in recording the songs of wild birds.

Cover title: Recording birdsongs.

Der Gesang der Vögel : seine anatomischen und biologischen Grundlagen /

Mode of access: Internet.

Wood notes wild, notations of bird music;

Bibliography: p. 229-240.

Excursionsbuch zum studium der Vogelstimmen. Praktische anleitung zum bestimmen der vögel nach ihrem gesange.

Mode of access: Internet.