العالم من حولنا مليء بجميع أنواع المعلومات التي يعالجها دماغنا باستمرار. يتلقى هذه المعلومات عن طريق أعضاء الحواس، كل منها مسؤول عن نصيبه من الإشارات: العيون (الرؤية)، اللسان (التذوق)، الأنف (الشم)، الجلد (اللمس)، الجهاز الدهليزي (التوازن، الوضع في الفضاء، حاسة اللمس). الوزن) والأذنين (الصوت). ومن خلال الجمع بين الإشارات الصادرة عن كل هذه الأعضاء، يستطيع دماغنا بناء صورة دقيقة لبيئتنا. ولكن ليست كل جوانب معالجة الإشارات الخارجية معروفة لنا. أحد هذه الأسرار هو آلية تحديد مصدر الأصوات.
اقترح علماء من مختبر الهندسة العصبية للنطق والسمع (معهد نيو جيرسي للتكنولوجيا) نموذجًا جديدًا للعملية العصبية لتوطين الصوت. ما هي العمليات الدقيقة التي تحدث في الدماغ أثناء إدراك الصوت، وكيف يفهم دماغنا موضع مصدر الصوت، وكيف يمكن أن يساعد هذا البحث في مكافحة عيوب السمع. نتعرف على هذا من تقرير مجموعة البحث. يذهب.
أساس البحث
تختلف المعلومات التي يتلقاها دماغنا من حواسنا عن بعضها البعض، سواء من حيث مصدرها أو من حيث معالجتها. تظهر بعض الإشارات على الفور لعقلنا كمعلومات دقيقة، بينما يتطلب البعض الآخر عمليات حسابية إضافية. بشكل تقريبي، نشعر باللمس على الفور، ولكن عندما نسمع صوتًا، لا يزال يتعين علينا العثور على مصدره.
الأساس لتوطين الأصوات في المستوى الأفقي هو بين الأذنين* فارق التوقيت (ITD من فرق التوقيت بين الأذنين) الأصوات تصل إلى آذان المستمع.
قاعدة بين الأذنين* - المسافة بين الأذنين.
هناك منطقة محددة في الدماغ (الزيتون العلوي الإنسي أو MSO) هي المسؤولة عن هذه العملية. في لحظة استقبال الإشارة الصوتية في MVO، يتم تحويل فروق التوقيت بين الأذنين إلى معدل تفاعل الخلايا العصبية. يشبه شكل منحنيات سرعة خرج MBO كدالة لـ ITD شكل وظيفة الارتباط المتبادل لإشارات الدخل لكل أذن.
لا تزال كيفية معالجة المعلومات وتفسيرها في MBO غير واضحة تمامًا، ولهذا السبب توجد العديد من النظريات المتناقضة للغاية. النظرية الأكثر شهرة وكلاسيكية في الواقع لتوطين الصوت هي نموذج جيفريس (لويد أ. جيفريس). تعتمد على خط ملحوظ* الخلايا العصبية الكاشفة الحساسة للتزامن بكلتا الأذنين للمدخلات العصبية من كل أذن، حيث تكون كل خلية عصبية حساسة إلى أقصى حد لكمية معينة من ITD (1А).
مبدأ الخط المحدد* هي فرضية تشرح كيف أن الأعصاب المختلفة، والتي تستخدم جميعها نفس المبادئ الفسيولوجية في نقل النبضات على طول محاورها العصبية، قادرة على توليد أحاسيس مختلفة. يمكن للأعصاب المتشابهة من الناحية الهيكلية أن تولد تصورات حسية مختلفة إذا كانت مرتبطة بخلايا عصبية فريدة في الجهاز العصبي المركزي قادرة على فك تشفير الإشارات العصبية المماثلة بطرق مختلفة.
الصورة رقم 1
يشبه هذا النموذج حسابيًا التشفير العصبي، استنادًا إلى الارتباطات المتبادلة غير المقيدة للأصوات التي تصل إلى كلتا الأذنين.
هناك أيضًا نموذج يشير إلى أنه يمكن تصميم توطين الصوت بناءً على الاختلافات في سرعة الاستجابة لمجموعات معينة من الخلايا العصبية من نصفي الكرة المخية المختلفة، أي. نموذج عدم التماثل بين نصفي الكرة الأرضية (1V).
حتى الآن، كان من الصعب تحديد أي من النظريتين (النموذجين) صحيح بشكل لا لبس فيه، نظرًا لأن كل منهما يتنبأ باعتمادات مختلفة لتوطين الصوت على شدة الصوت.
في الدراسة التي ننظر إليها اليوم، قرر الباحثون الجمع بين كلا النموذجين لفهم ما إذا كان إدراك الأصوات يعتمد على التشفير العصبي أو على الاختلافات في استجابة المجموعات العصبية الفردية. تم إجراء العديد من التجارب التي شارك فيها أشخاص تتراوح أعمارهم بين 18 إلى 27 سنة (5 نساء و 7 رجال). كان قياس السمع للمشاركين (قياس حدة السمع) 25 ديسيبل أو أعلى بين 250 و8000 هرتز. تم وضع المشارك في التجارب في غرفة عازلة للصوت، حيث تم وضع معدات خاصة ومعايرتها بدقة عالية. وكان على المشاركين، عند سماع إشارة صوتية، الإشارة إلى الاتجاه الذي جاءت منه.
نتائج الدراسة
لتقييم التبعية التجانب* نشاط الدماغ من شدة الصوت استجابة للخلايا العصبية المسماة، تم استخدام بيانات عن سرعة رد فعل الخلايا العصبية في النواة الصفائحية لدماغ بومة الحظيرة.
الجوانب* - عدم تناسق النصفين الأيمن والأيسر من الجسم.
لتقييم اعتماد الجانب الجانبي لنشاط الدماغ على سرعة رد فعل مجموعات معينة من الخلايا العصبية، تم استخدام بيانات من نشاط الركام السفلي لدماغ قرد الريسوس، وبعد ذلك تم حساب الاختلافات في سرعة الخلايا العصبية من نصفي الكرة الأرضية المختلفين. .
يتنبأ نموذج الخط المحدد للخلايا العصبية الكاشفة أنه مع انخفاض شدة الصوت، فإن جانبي المصدر المدرك سوف يتقارب إلى قيم متوسطة مماثلة لنسبة الأصوات الناعمة إلى العالية (1S).
يشير نموذج عدم التماثل في نصف الكرة الغربي، بدوره، إلى أنه مع انخفاض شدة الصوت إلى مستويات قريبة من العتبة، فإن الجوانب المتصورة ستتحول نحو خط الوسط (1D).
في حالة ارتفاع شدة الصوت بشكل عام، من المتوقع أن يكون التخصيص الجانبي ثابتًا في الشدة (يتم إدراجه في 1S и 1D).
لذلك، فإن تحليل كيفية تأثير شدة الصوت على الاتجاه المدرك للصوت يسمح لنا بتحديد طبيعة العمليات التي تحدث في تلك اللحظة بدقة - الخلايا العصبية من نفس المنطقة العامة أو الخلايا العصبية من نصفي الكرة المخية المختلفة.
من الواضح أن قدرة الشخص على تمييز ITD قد تختلف اعتمادًا على شدة الصوت. ومع ذلك، يقول العلماء إنه من الصعب تفسير النتائج السابقة التي تربط الحساسية بـ ITD وحكم المستمعين على اتجاه مصدر الصوت كدالة لكثافة الصوت. تقول بعض الدراسات أنه عندما تصل شدة الصوت إلى عتبة حدية، فإن الجانب المدرك للمصدر يتناقص. تشير دراسات أخرى إلى عدم وجود تأثير للكثافة على الإدراك على الإطلاق.
بمعنى آخر، يشير العلماء "بلطف" إلى أن هناك القليل من المعلومات في الأدبيات المتعلقة بالعلاقة بين ITD وكثافة الصوت وتحديد اتجاه مصدره. هناك نظريات موجودة كنوع من البديهيات المقبولة بشكل عام من قبل المجتمع العلمي. ولذلك، تقرر إجراء اختبار تفصيلي لجميع النظريات والنماذج والآليات الممكنة للإدراك السمعي عمليًا.
استندت التجربة الأولى إلى نموذج نفسي فيزيائي سمح بدراسة التجانب القائم على ITD كدالة لشدة الصوت في مجموعة مكونة من عشرة مشاركين عاديين في السمع.
الصورة رقم 2
تم ضبط مصادر الصوت خصيصًا لتغطية معظم نطاق الترددات الذي يستطيع البشر من خلاله التعرف على ITD، أي. من 300 إلى 1200 هرتز (2А).
في كل تجربة، كان على المستمع الإشارة إلى الجوانب المتصورة، والتي يتم قياسها كدالة لمستوى الإحساس، على مدى قيم ITD من 375 إلى 375 مللي ثانية. لتحديد تأثير شدة الصوت، تم استخدام نموذج التأثيرات المختلطة غير الخطية (NMLE) الذي شمل شدة الصوت الثابتة والعشوائية.
جدول 2V يوضح التخصيص الجانبي المقدر مع ضوضاء مسطحة طيفية عند شدتين صوتيتين لمستمع تمثيلي. والجدول الزمني 2S يعرض البيانات الأولية (الدوائر) ونموذج (خطوط) NMLE المجهز لجميع المستمعين.
الجدول 1
يوضح الجدول أعلاه جميع معلمات NLME. يمكن ملاحظة أن الجانب المدرك يزداد مع زيادة ITD، كما توقع العلماء. مع انخفاض شدة الصوت، تحول الإدراك أكثر فأكثر نحو خط الوسط (أدرج في الرسم البياني 2C).
تم دعم هذه الاتجاهات من خلال نموذج NLME، الذي أظهر تأثيرات كبيرة لـ ITD وكثافة الصوت على أقصى درجة من الجوانب الجانبية، مما يدعم نموذج الاختلافات بين نصفي الكرة الأرضية.
بالإضافة إلى ذلك، كان لمتوسط عتبات قياس السمع للنغمات النقية تأثير ضئيل على الجوانب المتصورة. لكن شدة الصوت لم تؤثر بشكل كبير على مؤشرات الوظائف السيكومترية.
كان الهدف الرئيسي للتجربة الثانية هو تحديد كيفية تغير النتائج التي تم الحصول عليها في التجربة السابقة عند مراعاة السمات الطيفية للمنبهات (الأصوات). إن الحاجة إلى اختبار الضوضاء المسطحة طيفيًا عند كثافة الصوت المنخفضة هي أن أجزاء الطيف قد لا تكون مسموعة وقد يؤثر ذلك على تحديد اتجاه الصوت. وبالتالي، يمكن الخلط بين نتائج التجربة الأولى خطأً وحقيقة أن عرض الجزء المسموع من الطيف يمكن أن يتناقص مع انخفاض شدة الصوت.
ولذلك تقرر إجراء تجربة أخرى ولكن بالعكس أ-المرجح* ضوضاء
أ-الوزن* يتم تطبيقه على مستويات الصوت ليأخذ في الاعتبار ارتفاع الصوت النسبي الذي تدركه الأذن البشرية، حيث أن الأذن أقل حساسية للترددات الصوتية المنخفضة. يتم تنفيذ الوزن A عن طريق إضافة جدول القيم المدرجة في نطاقات الأوكتاف حسابيًا إلى مستويات ضغط الصوت المقاسة بالديسيبل.
على المخطط 2D يُظهر البيانات الأولية (الدوائر) والبيانات (الخطوط) المجهزة بنموذج NMLE لجميع المشاركين في التجربة.
أظهر تحليل البيانات أنه عندما تكون جميع أجزاء الصوت مسموعة بشكل متساوٍ تقريبًا (سواء في التجربة الأولى أو في التجربة الثانية)، فإن الجوانب المتصورة والانحدار في الرسم البياني الذي يوضح التغير في الجوانب مع ITD يتناقص مع انخفاض شدة الصوت.
وهكذا أكدت نتائج التجربة الثانية نتائج الأولى. وهذا يعني أنه تبين من الناحية العملية أن النموذج الذي اقترحه جيفريس في عام 1948 غير صحيح.
اتضح أن توطين الصوت يزداد سوءًا مع انخفاض شدة الصوت، ويعتقد جيفريس أن البشر يدركون الأصوات ويعالجونها بنفس الطريقة، بغض النظر عن شدتها.
لمزيد من التعارف المفصل مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بالنظر .
خاتمة
وقد أظهرت الافتراضات النظرية والتجارب العملية التي تؤكدها أن الخلايا العصبية في الدماغ في الثدييات تنشط بمعدلات مختلفة اعتمادا على اتجاه الإشارة الصوتية. ثم يقوم الدماغ بمقارنة هذه السرعات بين جميع الخلايا العصبية المشاركة في العملية لبناء خريطة للبيئة الصوتية بشكل ديناميكي.
في الواقع، نموذج جيفرسون ليس خاطئًا بنسبة 100%، حيث يمكن استخدامه لوصف موقع مصدر الصوت في بومة الحظائر بشكل مثالي. نعم، بالنسبة لبوم الحظيرة فإن شدة الصوت لا تهم، وعلى أية حال، فإنها ستحدد موضع مصدره. ومع ذلك، فإن هذا النموذج لا يعمل مع قرود الريسوس، كما أظهرت التجارب السابقة. لذلك، لا يستطيع نموذج جيفرسون هذا وصف توطين الأصوات لجميع الكائنات الحية.
أكدت التجارب التي أجريت على المشاركين من البشر مرة أخرى أن توطين الصوت يحدث بشكل مختلف في الكائنات الحية المختلفة. لم يتمكن العديد من المشاركين من تحديد موضع مصدر الإشارات الصوتية بشكل صحيح بسبب انخفاض شدة الأصوات.
يعتقد العلماء أن عملهم يُظهر بعض أوجه التشابه بين الطريقة التي نرى بها وكيف نسمع. وترتبط كلتا العمليتين بسرعة الخلايا العصبية في أجزاء مختلفة من الدماغ، وكذلك مع تقييم هذا الاختلاف لتحديد كل من موضع الأشياء التي نراها في الفضاء وموضع مصدر الصوت الذي نسمعه.
في المستقبل، سيقوم الباحثون بإجراء سلسلة من التجارب لفحص العلاقة بين السمع والرؤية البشرية بمزيد من التفصيل، مما سيسمح لنا بفهم أفضل لكيفية بناء دماغنا ديناميكيًا لخريطة العالم من حولنا.
شكرا لاهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بأسبوع رائع للجميع! 🙂
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتوى المثير للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، , خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم المبتدئة ، والتي اخترعناها من أجلك: (متوفر مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ هنا فقط في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! أقرأ عن
المصدر: www.habr.com