Electrophysiological correlates of self-voice processing: Probing the effects of stimulus complexity and attentional demands

Tese de Doutoramento em Psicologia Básica
The ability to recognize one’s own voice plays a critical role in successful vocal
communication and self-awareness. Nonetheless, the way in which attention and stimulus
complexity influence the processing and recognition of self-voice information is still poorly
understood. The main goal of the studies presented in this Dissertation was to investigate the
electrophysiological correlates of self-voice processing. Particularly, in these studies we
aimed at probing whether and how attention and stimulus complexity modulate the
processing of self-voice signals. To this end, four experiments were carried out, using the
event-related potentials (ERP) method characterized by optimal temporal resolution.
The first two experiments (Study 1) examined the electrophysiological correlates of
the preattentive processing of self- and non-self voice stimuli varying in complexity. Voice
stimuli consisted of a vocalization (vocalization condition) or of a dissyllabic word (word
condition). The Mismatch Negativity (MMN) ERP component peaked earlier for the non-self
voice relative to the self-voice, irrespective of stimulus type (i.e., vocalization or word). The
P3a amplitude was more positive for the non-self compared with the self-voice in the
vocalization condition only, whilst for word stimuli no identity-related differences were
observed. These findings suggest differences in the time course of preattentive detection of
self- and non-self voice stimuli. Furthermore, they demonstrate that the complexity of the
voice signal plays a modulatory role in the magnitude of attentional orienting to self- vs. nonself
voice stimuli.
Study 2 aimed at investigating the electrophysiological correlates of processing selfvs.
non-self voice (i.e., word stimuli), when they are in the focus of selective attention. The
amplitude of the N2 and P3 components was increased to the self- compared with the nonself
voice. These findings suggest that a self-voice (word stimulus) attracts greater attentional
resources than a non-self word stimulus, both at earlier and later stages of information
processing.
Study 3 explored the electrophysiological correlates of processing acoustically
simpler self- vs. non-self vocalizations, when attention is focused on voice stimuli. No
differences were observed between self- and non-self vocalizations in both the N2 and P3 components. The direct comparison between Studies 2 and 3 confirmed that differences in the
attentional processing of self- and non-self voice stimuli emerged as a function of voice
stimulus complexity.
The studies presented in this Dissertation provide, for the first time, ERP evidence on
the role of attention and stimulus complexity on self-voice processing. They specifically
suggest that the amount of neural processing resources devoted to one’s own voice depends
both on attentional demands (i.e., ignoring vs. attending) and voice signal complexity (i.e.,
vocalization vs. word). Altogether, these studies provide a more comprehensive picture on the
neurocognitive mechanisms underlying self-voice processing.
A capacidade de reconhecermos a nossa própria voz tem um papel fundamental na
eficiência dos processos de comunicação vocal e autoconsciência. No entanto, o modo como
a atenção e complexidade do estímulo influenciam o processamento e reconhecimento de
informação da nossa própria voz é ainda pobremente compreendido. Os estudos apresentados
nesta Dissertação tiveram como objetivo principal investigar os correlatos electrofisiológicos
do processamento da voz do próprio. Em particular, nestes estudos pretendemos investigar o
papel modulatório da atenção e da complexidade do estímulo no processamento de sinais
vocais auto-gerados. Para este fim, quatro experimentos foram desenvolvidos, utilizando-se a
metodologia de potenciais evocados (ERP) dada a sua excelente resolução temporal.
Nos primeiros dois experimentos (Estudo 1), testamos os correlatos
electrofisiológicos do processamento pré-atento de estímulos vocais, com complexidade
diferencial, gerados pelo próprio e por uma identidade desconhecida. Os estímulos vocais
consistiram numa vocalização (condição de vocalização) e numa palavra dissilábica
(condição de palavra). O componente de onda Mismatch Negativity (MMN) ocorreu mais
cedo para a voz desconhecida do que para a voz do próprio, independentemente do tipo de
estímulo (i.e., vocalização ou palavra). A amplitude do componente de onda P3a foi mais
positiva para a voz desconhecida do que para a voz do próprio apenas na condição de
vocalização, enquanto que para a condição de palavra não foram observadas diferenças
relacionadas com a identidade. Estes dados sugerem a existência de diferenças no curso
temporal da deteção pré-atencional de estímulos vocais gerados pelo próprio e por uma
identidade desconhecida. Por outro lado, estes dados demonstram ainda que a complexidade
do sinal vocal desempenha um papel modulatório na magnitude de orientação atencional para
estímulos vocais gerados pelo próprio vs. identidade desconhecida.
O Estudo 2 teve como objetivo principal investigar os correlatos electrofisiológicos do
processamento da voz do próprio vs. voz desconhecida (i.e., estímulo de palavra),
especificamente quando os estímulos vocais estão sob o foco da atenção selectiva. A
amplitude dos componentes de onda N2 e P3 foi maior para a voz do próprio
comparativamente com a voz desconhecida. Estes resultados sugerem que, quer em estágios mais precoces do processamento de informação, quer em estágios mais tardios, a nossa
própria voz (estímulo de palavra) atrai maiores recursos atencionais do que uma palavra
gerada por uma voz desconhecida.
O Estudo 3 explorou os correlatos electrofisiológicos do processamento de
vocalizações geradas pelo próprio vs. identidade desconhecida, especificamente quando a
atenção está focada em estímulos vocais. Não foram observadas diferenças entre as
vocalizações do próprio e da identidade desconhecida no que respeita aos componentes de
onda N2 e P3. A comparação directa entre os Estudos 2 e 3 confirmou que as diferenças no
processamento de estímulos vocais gerados pelo próprio e por uma identidade desconhecida
emergiram como uma função da complexidade dos estímulos vocais.
Os estudos apresentados nesta Dissertação proporcionam, pela primeira vez, evidência
ERP sobre o papel da atenção e da complexidade do estímulo no processamento da voz do
próprio. Especificamente, estes estudos sugerem que a quantidade de recursos neurais de
processamento que o cérebro dedica à nossa própria voz depende quer das demandas
atencionais (i.e., ignorar vs. atender), quer da complexidade do estímulo vocal (i.e.,
vocalização vs. palavra). Em conjunto, estes estudos podem contribuir para uma visão mais
abrangente dos correlatos neurocognitivos subjacentes ao processamento da nossa própria
voz.
To Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, Portugal), for the financial support I have
received (SFRH / BD / 77681 / 2011), which allowed me to conduct the studies of this
Dissertation. This work was also supported by Grants IF/00334/2012, and PTDC/PSIPCL/
116626/2010 funded by FCT and FEDER (Fundo Europeu de Desenvolvimento
Regional) through the European programs QREN (Quadro de Referência Estratégico
Nacional), and COMPETE (Programa Operacional Factores de Competitividade), awarded
to A.P.P. This work was partially conducted at Psychology Research Centre
(UID/PSI/01662/2013), University of Minho, and supported by the FCT and the Portuguese
Ministry of Education and Science through national funds and co-financed by FEDER
through COMPETE2020 under the PT2020 Partnership Agreement (POCI-01-0145-FEDER-
007653).