Die wêreld om ons is gevul met allerhande inligting wat ons brein voortdurend verwerk. Hy ontvang hierdie inligting deur sintuigorgane, wat elkeen verantwoordelik is vir sy deel van seine: oë (visie), tong (smaak), neus (reuk), vel (aanraking), vestibulêre apparaat (balans, posisie in ruimte en sin van gewig) en ore (klank). Deur seine van al hierdie organe te kombineer, kan ons brein 'n akkurate prentjie van ons omgewing bou. Maar nie alle aspekte van die verwerking van eksterne seine is aan ons bekend nie. Een van hierdie geheime is die meganisme om die bron van klanke te lokaliseer.
Wetenskaplikes van die Laboratorium vir Neuro-ingenieurswese van Spraak en Gehoor (New Jersey Institute of Technology) het 'n nuwe model van die neurale proses van klanklokalisering voorgestel. Watter presiese prosesse vind in die brein plaas tydens die persepsie van klank, hoe ons brein die posisie van die klankbron verstaan, en hoe hierdie navorsing kan help in die stryd teen gehoordefekte. Ons leer hieroor uit die verslag van die navorsingsgroep. Gaan.
Navorsingsbasis
Die inligting wat ons brein van ons sintuie ontvang, verskil van mekaar, beide wat die bron daarvan en die verwerking daarvan betref. Sommige seine verskyn onmiddellik vir ons brein as akkurate inligting, terwyl ander bykomende berekeningsprosesse vereis. Rofweg gesproke voel ons dadelik 'n aanraking, maar wanneer ons 'n geluid hoor, moet ons steeds uitvind waar dit vandaan kom.
Die basis vir die lokalisering van klanke in die horisontale vlak is intergeur* tydsverskil (ITD vanaf interouditêre tydsverskil) klanke wat die luisteraar se ore bereik.
Interouditêre basis* - afstand tussen ore.
Daar is 'n spesifieke area in die brein (die mediale superior olyf of MSO) wat vir hierdie proses verantwoordelik is. Op die oomblik van die ontvangs van 'n oudiosein in die MVO, word interaurale tydverskille omgeskakel in die reaksietempo van neurone. Die vorm van die MVO-uitsetsnelheidskrommes as 'n funksie van ITD lyk soos die vorm van die kruiskorrelasiefunksie van die insetseine vir elke oor.
Hoe inligting in MBO verwerk en geïnterpreteer word, bly nie heeltemal duidelik nie, en daarom is daar verskeie baie teenstrydige teorieë. Die bekendste en in werklikheid klassieke teorie van klanklokalisering is die Jeffress-model (Lloyd A. Jeffress). Dit is gebaseer op gemerkte lyn* detektorneurone wat sensitief is vir binaurale sinchronie van neurale insette van elke oor, met elke neuron wat maksimaal sensitief is vir 'n sekere hoeveelheid ITD (1A).
Gemerkte lyn beginsel* is 'n hipotese wat verduidelik hoe verskillende senuwees, wat almal dieselfde fisiologiese beginsels gebruik om impulse langs hul aksone oor te dra, in staat is om verskillende sensasies te genereer. Struktureel soortgelyke senuwees kan verskillende sensoriese persepsies genereer as hulle gekoppel is aan unieke neurone in die sentrale senuweestelsel wat in staat is om soortgelyke senuwee-seine op verskillende maniere te dekodeer.
Prent #1
Hierdie model is berekeningsgewys soortgelyk aan neurale kodering, gebaseer op onbeperkte kruiskorrelasies van klanke wat albei ore bereik.
Daar is ook 'n model wat voorstel dat klanklokalisering gemodelleer kan word op grond van verskille in die reaksiespoed van sekere populasies van neurone van verskillende hemisfere van die brein, m.a.w. model van interhemisferiese asimmetrie (1V).
Tot nou toe was dit moeilik om ondubbelsinnig te stel watter van die twee teorieë (modelle) korrek is, aangesien elkeen van hulle verskillende afhanklikhede van klanklokalisering op klankintensiteit voorspel.
In die studie waarna ons vandag kyk, het die navorsers besluit om beide modelle te kombineer om te verstaan of die persepsie van klanke gebaseer is op neurale kodering of op verskille in die reaksie van individuele neurale populasies. Verskeie eksperimente is uitgevoer waaraan mense van 18 tot 27 jaar (5 vroue en 7 mans) deelgeneem het. Deelnemers se oudiometrie ('n meting van gehoorskerpte) was 25 dB of hoër tussen 250 en 8000 Hz. Die deelnemer aan die eksperimente is in 'n klankdigte kamer geplaas, waarin spesiale toerusting geplaas is, wat met hoë akkuraatheid gekalibreer is. Deelnemers moes, nadat hulle 'n klanksein hoor, die rigting aandui waaruit dit kom.
Navorsingsresultate
Om afhanklikheid te assesseer lateralisasie* breinaktiwiteit vanaf klankintensiteit in reaksie op gemerkte neurone, data oor die reaksiespoed van neurone in die laminêre kern van die nonne-uilbrein is gebruik.
Lateraliteit* - asimmetrie van die linker- en regterhelftes van die liggaam.
Om die afhanklikheid van die lateralisasie van breinaktiwiteit op die reaksiespoed van sekere populasies van neurone te bepaal, is data van die aktiwiteit van die inferior colliculus van die rhesus-aapbrein gebruik, waarna verskille in die spoed van neurone van verskillende hemisfere addisioneel bereken is. .
Die gemerkte lynmodel van detektorneurone voorspel dat namate klankintensiteit afneem, die lateraliteit van die waargenome bron sal konvergeer na gemiddelde waardes soortgelyk aan die verhouding van sagte tot harde klanke (1S).
Die hemisferiese asimmetriemodel dui op sy beurt daarop dat namate klankintensiteit afneem tot naby drempelvlakke, waargenome lateraliteit na die middellyn sal verskuif (1D).
By hoër algehele klankintensiteit word verwag dat lateralisasie intensiteit onveranderlik sal wees (insets in 1S и 1D).
Om dus te ontleed hoe klankintensiteit die waargenome rigting van klank beïnvloed, stel ons in staat om die aard van die prosesse wat op daardie oomblik plaasvind akkuraat te bepaal - neurone uit dieselfde algemene area of neurone van verskillende hemisfere.
Dit is duidelik dat 'n persoon se vermoë om ITD te onderskei, kan wissel na gelang van klankintensiteit. Die wetenskaplikes sê egter dit is moeilik om vorige bevindings wat sensitiwiteit aan ITD en luisteraars se oordeel van klankbronrigting koppel as 'n funksie van klankintensiteit te interpreteer. Sommige studies sê dat wanneer klankintensiteit 'n grensdrempel bereik, die waargenome lateraliteit van die bron afneem. Ander studies dui daarop dat daar geen effek van intensiteit op persepsie is nie.
Met ander woorde, wetenskaplikes gee "saggies" te kenne dat daar min inligting in die literatuur is oor die verhouding tussen ITD, klankintensiteit en die bepaling van die rigting van die bron daarvan. Daar is teorieë wat bestaan as 'n soort aksiomas, wat algemeen deur die wetenskaplike gemeenskap aanvaar word. Daarom is besluit om alle teorieë, modelle en moontlike meganismes van gehoorpersepsie in die praktyk in detail te toets.
Die eerste eksperiment was gebaseer op 'n psigofisiese paradigma wat die studie van ITD-gebaseerde lateralisasie as 'n funksie van klankintensiteit in 'n groep van tien normaalhorende deelnemers moontlik gemaak het.
Prent #2
Die klankbronne is spesifiek ingestel om die grootste deel van die frekwensiereeks te dek waarbinne mense ITD kan herken, m.a.w. van 300 tot 1200 Hz (2A).
Op elke proef moes die luisteraar waargenome lateraliteit aandui, gemeet as 'n funksie van sensasievlak, oor 'n reeks ITD-waardes van 375 tot 375 ms. Om die effek van klankintensiteit te bepaal, is 'n nie-lineêre gemengde effekte model (NMLE) gebruik wat beide vaste en ewekansige klankintensiteit ingesluit het.
Bylae 2V demonstreer beraamde lateralisasie met spektraal plat geraas by twee klankintensiteite vir 'n verteenwoordigende luisteraar. En die skedule 2S toon die rou data (sirkels) en die toegeruste NMLE-model (lyne) van alle luisteraars.
Tabel # 1
Die tabel hierbo toon alle NLME-parameters. Dit kan gesien word dat waargenome lateraliteit toegeneem het met toenemende ITD, soos die wetenskaplikes verwag het. Soos die klankintensiteit afgeneem het, het persepsie meer en meer na die middellyn verskuif (ingevoeg in die grafiek 2C).
Hierdie tendense is ondersteun deur die NLME-model, wat beduidende effekte van ITD en klankintensiteit op maksimum mate van lateraliteit getoon het, wat die model van interhemisferiese verskille ondersteun.
Daarbenewens het gemiddelde oudiometriese drempels vir suiwer tone min effek gehad op waargenome lateraliteit. Maar klankintensiteit het nie die aanwysers van psigometriese funksies beduidend beïnvloed nie.
Die hoofdoel van die tweede eksperiment was om te bepaal hoe die resultate wat in die vorige eksperiment verkry is, sou verander wanneer die spektrale kenmerke van die stimuli (klanke) in ag geneem word. Die behoefte om te toets vir spektraal plat geraas by lae klankintensiteit is dat dele van die spektrum dalk nie hoorbaar is nie en dit kan die bepaling van klankrigting beïnvloed. Gevolglik kan die resultate van die eerste eksperiment verkeerdelik verwar word met die feit dat die breedte van die hoorbare deel van die spektrum kan afneem met dalende klankintensiteit.
Daarom is besluit om nog 'n eksperiment uit te voer, maar met die omgekeerde A-geweegde* geraas
A-weeg* toegepas op klankvlakke om die relatiewe hardheid wat deur die menslike oor waargeneem word in ag te neem, aangesien die oor minder sensitief is vir lae klankfrekwensies. A-gewig word geïmplementeer deur 'n tabel van waardes wat in oktaafbande gelys is, rekenkundig by die gemete klankdrukvlakke in dB by te voeg.
Op die grafiek 2D toon die rou data (sirkels) en die NMLE-model-gepaste data (lyne) van alle deelnemers aan die eksperiment.
Ontleding van die data het getoon dat wanneer alle dele van die klank ongeveer ewe hoorbaar is (beide in die eerste en in die tweede proef), die waargenome lateraliteit en die helling in die grafiek wat die verandering in lateraliteit met ITD verduidelik, afneem met dalende klankintensiteit.
Die resultate van die tweede eksperiment het dus die resultate van die eerste bevestig. Dit wil sê, in die praktyk is getoon dat die model wat Jeffress in 1948 voorgestel het, nie korrek is nie.
Dit blyk dat klanklokalisering vererger namate klankintensiteit afneem, en Jeffress het geglo dat klanke op dieselfde manier deur mense waargeneem en verwerk word, ongeag hul intensiteit.
Vir 'n meer gedetailleerde kennismaking met die nuanses van die studie, beveel ek aan om na te kyk .
Epiloog
Teoretiese aannames en praktiese eksperimente wat dit bevestig, het getoon dat breinneurone in soogdiere teen verskillende tempo's geaktiveer word, afhangende van die rigting van die klanksein. Die brein vergelyk dan hierdie snelhede tussen alle neurone wat by die proses betrokke is om dinamies 'n kaart van die klankomgewing te bou.
Jeffresson se model is eintlik nie 100% verkeerd nie, aangesien dit gebruik kan word om die lokalisering van die klankbron in nonne-uile perfek te beskryf. Ja, vir nonne-uile maak die intensiteit van die klank nie saak nie; hulle sal in elk geval die posisie van die bron bepaal. Hierdie model werk egter nie met resusape nie, soos vorige eksperimente getoon het. Daarom kan hierdie Jeffresson-model nie die lokalisering van klanke vir alle lewende dinge beskryf nie.
Eksperimente met menslike deelnemers het weereens bevestig dat klanklokalisering verskillend in verskillende organismes voorkom. Baie van die deelnemers kon nie die posisie van die bron van klankseine korrek bepaal nie weens die lae intensiteit van die klanke.
Wetenskaplikes glo dat hul werk sekere ooreenkomste toon tussen hoe ons sien en hoe ons hoor. Beide prosesse word geassosieer met die spoed van neurone in verskillende dele van die brein, sowel as met die assessering van hierdie verskil om beide die posisie van die voorwerpe wat ons in die ruimte sien en die posisie van die bron van die klank wat ons hoor, te bepaal.
In die toekoms gaan die navorsers 'n reeks eksperimente uitvoer om die verband tussen menslike gehoor en visie in meer besonderhede te ondersoek, wat ons in staat sal stel om beter te verstaan hoe presies ons brein dinamies 'n kaart van die wêreld rondom ons bou.
Dankie vir die lees, bly nuuskierig en geniet 'n wonderlike week ouens! 🙂
Dankie dat jy by ons gebly het. Hou jy van ons artikels? Wil jy meer interessante inhoud sien? Ondersteun ons deur 'n bestelling te plaas of by vriende aan te beveel, , 30% afslag vir Habr-gebruikers op 'n unieke analoog van intreevlakbedieners, wat deur ons vir jou uitgevind is: (beskikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 kerne en tot 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 keer goedkoper? Net hier in Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vanaf $99! Lees van
Bron: will.com