{"id":53039,"date":"2019-11-22T00:00:00","date_gmt":"2019-11-21T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov"},"modified":"2020-02-18T14:00:53","modified_gmt":"2020-02-18T11:00:53","slug":"lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/news\/lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov","title":{"rendered":"Lautlokalisierung: Wie das Gehirn Schallquellen erkennt","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Lautlokalisierung:
\n
\nDie Welt um uns herum ist voller Informationen, die unser Gehirn kontinuierlich verarbeitet. Es erh\u00e4lt diese Informationen durch die Sinne, von denen jeder einen Teil der Signale \u00fcbernimmt: Augen (Sehen), Zunge (Geschmack), Nase (Geruch), Haut (Tasten), das Gleichgewichtsorgan (Lage im Raum und Gewicht) und Ohren (Schall). Wenn alle Signale von diesen Organen zusammengef\u00fchrt werden, kann unser Gehirn ein genaues Bild der Umgebung erstellen. Doch nicht alle Aspekte der Verarbeitung \u00e4u\u00dferer Signale sind uns bekannt. Eines dieser Geheimnisse ist der Mechanismus der Lokalisierung von Schallquellen.<\/p>\n

Wissenschaftler aus dem Labor f\u00fcr Neuroengineering von Sprache und H\u00f6ren (Technologieinstitut von New Jersey) haben ein neues Modell des neuronalen Prozesses zur Lokalisierung von Schall vorgeschlagen. Welche Prozesse im Gehirn w\u00e4hrend der Schallwahrnehmung ablaufen, wie unser Gehirn die Position der Schallquelle versteht und wie diese Forschung bei der Bek\u00e4mpfung von H\u00f6rsch\u00e4den helfen kann, werden wir im Bericht der Forschungsgruppe erfahren. Lassen Sie uns anfangen.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Basis der Forschung<\/h3>\n

\nDie Informationen, die unser Gehirn von den Sinnen erh\u00e4lt, unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der Quelle als auch der Verarbeitung. Einige Signale erscheinen sofort in pr\u00e4ziser Form, w\u00e4hrend andere zus\u00e4tzliche Berechnungsprozesse erfordern. Grob gesagt, f\u00fchlen wir Ber\u00fchrungen sofort, w\u00e4hrend wir, nachdem wir einen Ton geh\u00f6rt haben, erst herausfinden m\u00fcssen, woher er kommt. <\/p>\n

Die Grundlage der Lautlokalisierung in der horizontalen Ebene ist interaural*<\/i> der Zeitunterschied (ITD von interaural time difference<\/i>) der Schallwellen, die die Ohren des Zuh\u00f6rers erreichen.<\/p>\n

Die interaurale Basis*<\/b> ist der Abstand zwischen den Ohren.<\/p><\/blockquote>\n

Im Gehirn gibt es einen bestimmten Bereich (mediale obere Olive oder MVO), der f\u00fcr diesen Prozess verantwortlich ist. Beim Empfang des Schallsignals findet in der MVO eine Umwandlung der interauralen Zeitunterschiede in die Reaktionsgeschwindigkeit der Neuronen statt. Die Form der Ausgangesignal-Kurven der MVO als Funktion des ITD \u00e4hnelt der Form der Kreuzkorrelationsfunktion der Eingangssignale jedes Ohrs.<\/p>\n

Wie Informationen im MBO verarbeitet und interpretiert werden, bleibt unklar, was zu mehreren widerspr\u00fcchlichen Theorien f\u00fchrt. Die bekannteste und tats\u00e4chlich klassische Theorie der Schalllokalisation ist das Modell von Jeffress (Lloyd A. Jeffress<\/i>). Es basiert auf der markierten Linie*<\/i> von Neuronen-Detektoren, die empfindlich auf die binaurale Synchronit\u00e4t der neuronalen Eingangssignale jedes Ohres reagieren, wobei jedes Neuron maximal empfindlich auf einen bestimmten Wert von ITD (1A<\/b>).<\/p>\n

Das Prinzip der markierten Linie*<\/b> ist eine Hypothese, die erkl\u00e4rt, wie verschiedene Nerven, die alle dieselben physiologischen Prinzipien bei der \u00dcbertragung von Impulsen entlang ihrer Axone verwenden, unterschiedliche Empfindungen erzeugen k\u00f6nnen. Strukturell \u00e4hnliche Nerven k\u00f6nnen verschiedene sensorische Wahrnehmungen erzeugen, wenn sie mit einzigartigen Neuronen im zentralen Nervensystem verbunden sind, die in der Lage sind, \u00e4hnliche neuronale Signale auf verschiedene Weise zu dekodieren.<\/p><\/blockquote>\n

\n\"Lautlokalisierung:
\n Bild Nr. 1<\/i><\/p>\n

Dieses Modell \u00e4hnelt im rechnerischen Sinne der neuronalen Kodierung, die auf unbeschr\u00e4nkten gegenseitigen Korrelationen der beiden Ohren ankommender Ger\u00e4usche basiert. <\/p>\n

Es gibt auch ein Modell, das vorschl\u00e4gt, dass die Schalllokalisation auf der Grundlage von Unterschieden in der Reaktionsgeschwindigkeit bestimmter Populationen von Neuronen aus verschiedenen Gehirnh\u00e4lften modelliert werden kann, d. h. das Modell der interhemisph\u00e4rischen Asymmetrie (1B<\/b>).<\/p>\n

Es war bisher schwierig zu behaupten, welche der beiden Theorien (Modelle) richtig ist, da jede von ihnen unterschiedliche Abh\u00e4ngigkeiten der Schalllokalisation von der Schallintensit\u00e4t vorhersagt. <\/p>\n

In der heutigen Untersuchung beschlossen die Wissenschaftler, beide Modelle zu kombinieren, um zu verstehen, ob die Wahrnehmung von Ger\u00e4uschen auf neuronalen Kodierungen oder auf den Reaktionsunterschieden einzelner neuronaler Populationen basiert. Es wurden mehrere Experimente durchgef\u00fchrt, an denen Personen im Alter von 18 bis 27 Jahren (5 Frauen und 7 M\u00e4nner) teilnahmen. Die Audiometrie (Messung der H\u00f6rsch\u00e4rfe) der Teilnehmer lag bei 25 dB oder h\u00f6her bei Frequenzen von 250 bis 8000 Hz. Die Teilnehmer wurden in einem schalldichten Raum platziert, in dem spezielles, hochpr\u00e4zises Equipment installiert war. Die Teilnehmer sollten, nachdem sie ein akustisches Signal geh\u00f6rt hatten, die Richtung angeben, aus der es kam.<\/p>\n

Ergebnisse der Studie<\/h3>\n

\nZur Beurteilung der Abh\u00e4ngigkeit der Lateralisierung*<\/i> der Gehirnaktivit\u00e4t von der Intensit\u00e4t des Schalls wurden Daten zur Reaktionsgeschwindigkeit von Neuronen im laminarer Nukleus des Gehirns der Eule verwendet.<\/p>\n

Lateralisierung*<\/b> \u2014 die Asymmetrie der linken und rechten K\u00f6rperh\u00e4lfte.<\/p><\/blockquote>\n

Zur Beurteilung der Abh\u00e4ngigkeit der Lateralisierung der Gehirnaktivit\u00e4t von der Reaktionsgeschwindigkeit bestimmter Neuronengruppen wurden Aktivit\u00e4tsdaten des unteren H\u00fcgelkerns im Gehirn des Rhesusaffen verwendet, nach denen au\u00dferdem Unterschiede in der Geschwindigkeit von Neuronen aus verschiedenen Hemisph\u00e4ren berechnet wurden.<\/p>\n

Das Modell der markierten Linie von Detektor-Neuronen geht davon aus, dass bei abnehmender Schallintensit\u00e4t die Lateralisierung der wahrgenommenen Quelle sich auf mittlere Werte zubewegt, die f\u00fcr das Verh\u00e4ltnis von leisen und lauten Ger\u00e4uschen typisch sind (1C<\/b>).<\/p>\n

Das Modell der interhemisph\u00e4rischen Asymmetrie besagt, dass die wahrgenommene Lateralisierung bei einer Abnahme der Schallintensit\u00e4t zu fast Schwellenwerten zur Mittellinie verschoben wird (1D<\/b>).<\/p>\n

Bei h\u00f6herer allgemeiner Schallintensit\u00e4t wird davon ausgegangen, dass die Lateralisierung konstant in Bezug auf die Intensit\u00e4t bleibt (Einf\u00fcgungen bei 1C<\/b> und 1D<\/b>).<\/p>\n

Daher erm\u00f6glicht die Analyse, wie die Schallintensit\u00e4t die wahrgenommene Richtung des Schalls beeinflusst, eine genaue Bestimmung der Prozesse, die in diesem Moment ablaufen \u2014 ob Neuronen aus einem gemeinsamen Bereich oder Neuronen aus verschiedenen Hemisph\u00e4ren.<\/p>\n

Es ist offensichtlich, dass die F\u00e4higkeit des Menschen, ITD zu unterscheiden, je nach Schallintensit\u00e4t variieren kann. Wissenschaftler geben jedoch an, dass es ziemlich schwierig ist, fr\u00fchere Schlussfolgerungen zu interpretieren, die die Empfindlichkeit gegen\u00fcber ITD und die Beurteilung der Richtung der Schallquelle durch den Zuh\u00f6rer als Funktion der Schallintensit\u00e4t verbinden. Einige Studien zeigen, dass bei Erreichen einer Schallintensit\u00e4t am Grenzwert die wahrgenommene Lateralisierung der Quelle abnimmt. Andere Studien behaupten, dass es \u00fcberhaupt keinen Einfluss der Intensit\u00e4t auf die Wahrnehmung gibt.<\/p>\n

Mit anderen Worten deuten die Wissenschaftler \"sanft\" darauf hin, dass es in der Literatur nicht gen\u00fcgend Informationen \u00fcber den Zusammenhang zwischen ITD, Lautst\u00e4rke und der Bestimmung der Richtung ihrer Quelle gibt. Es gibt Theorien, die als eine Art Axiome existieren, die von der wissenschaftlichen Gemeinschaft allgemein anerkannt sind. Daher wurde beschlossen, alle Theorien, Modelle und m\u00f6glichen Wahrnehmungsmechanismen des H\u00f6rens im Detail zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n

Das erste Experiment wurde auf der Grundlage der Anwendung einer psychophysischen Paradigmen durchgef\u00fchrt, die es erm\u00f6glichte, die Lateralisierung auf der Grundlage von ITD als Funktion der Lautst\u00e4rke in einer Gruppe von zehn normal h\u00f6renden Teilnehmern zu untersuchen.<\/p>\n

\"Lautlokalisierung:
\nAbbildung Nr. 2<\/i><\/p>\n

Die Lautsprecher wurden speziell so eingestellt, dass sie einen gro\u00dfen Teil des Frequenzbereichs abdecken, innerhalb dessen Menschen ITD erkennen k\u00f6nnen, d.h. von 300 bis 1200 Hz (2A<\/b>).<\/p>\n

In jedem Versuch musste der Zuh\u00f6rer die vermutete Lateralisierung angeben, die als Funktion des Gef\u00fchlsempfindungsniveaus im Bereich der ITD-Werte von 375 bis 375 ms gemessen wurde. Um den Einfluss der Lautst\u00e4rke zu bestimmen, wurde ein nichtlineares gemischtes Effekte-Modell (NMLE) verwendet, das sowohl feste als auch zuf\u00e4llige Lautst\u00e4rken umfasste.<\/p>\n

Das Diagramm 2B<\/b> zeigt die gesch\u00e4tzte Lateralisierung bei spektral flachem Rauschen bei zwei Lautst\u00e4rken f\u00fcr einen repr\u00e4sentativen Zuh\u00f6rer. Das Diagramm 2C<\/b> zeigt die unverarbeiteten Daten (Kreise) und die an das NMLE-Modell angepassten Daten (Linien) aller Zuh\u00f6rer.<\/p>\n

\"Lautlokalisierung:
\nTabelle Nr. 1<\/i><\/p>\n

Die obige Tabelle zeigt alle Parameter des NLME. Es ist zu erkennen, dass die wahrgenommene Lateralisierung mit zunehmendem ITD zunahm, wie von den Wissenschaftlern erwartet. Mit abnehmender Lautst\u00e4rke wurde die Wahrnehmung zunehmend zur Mittellinie hin verschoben (Einf\u00fcgung im Diagramm 2C<\/b>).<\/p>\n

Diese Tendenzen wurden durch das NLME-Modell best\u00e4tigt, das einen signifikanten Einfluss von ITD und Lautst\u00e4rke auf das maximale Ma\u00df an Lateralisierung zeigte und das Modell der interhemisph\u00e4rischen Unterschiede best\u00e4tigte.<\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus hatte der durchschnittliche audiometrische Schwellenwert von reinen T\u00f6nen einen geringf\u00fcgigen Einfluss auf die wahrgenommene Lateralisierung. Die Lautst\u00e4rke hatte jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Werte der psychometrischen Funktionen.<\/p>\n

Das Hauptziel des zweiten Experiments war die Bestimmung, wie sich die im vorherigen Experiment erhaltenen Ergebnisse \u00e4ndern, wenn die spektralen Eigenschaften der Stimuli (Ger\u00e4usche) ber\u00fccksichtigt werden. Die Notwendigkeit, spektral flaches Rauschen bei niedriger Schallintensit\u00e4t zu \u00fcberpr\u00fcfen, liegt darin, dass Teile des Spektrums m\u00f6glicherweise nicht h\u00f6rbar sind, was die Bestimmung der Schallrichtung beeinflussen kann. Folglich kann der Befund des ersten Experiments f\u00e4lschlicherweise so interpretiert werden, dass die Breite des h\u00f6rbaren Teils des Spektrums mit abnehmender Schallintensit\u00e4t abnehmen kann. <\/p>\n

Deshalb wurde beschlossen, ein weiteres Experiment durchzuf\u00fchren, jedoch unter Verwendung von umgekehrtem A-gewichteten*<\/i> Ger\u00e4uschen.<\/p>\n

A-gewichtung*<\/b> wird auf Schallpegel angewendet, um die relative Lautst\u00e4rke zu ber\u00fccksichtigen, die vom menschlichen Ohr wahrgenommen wird, da das Ohr weniger empfindlich auf tiefe Schallfrequenzen reagiert. A-gewichtung wird durch die arithmetische Addition einer Tabelle von Werten, die in Oktavb\u00e4ndern aufgelistet sind, zu den gemessenen Schallpegeln in dB realisiert.<\/p><\/blockquote>\n

Im Diagramm 2D<\/b> zeigen die unbearbeiteten Daten (Kreise) und die an das NMLE-Modell angepassten Daten (Linien) aller Teilnehmer am Experiment. <\/p>\n

Die Datenanalyse ergab, dass, wenn alle Teile des Schalls ungef\u00e4hr gleich h\u00f6rbar sind (sowohl im ersten als auch im zweiten Experiment), die wahrgenommene Lateralisierung und die Neigung im Diagramm, die die \u00c4nderung der Lateralisierung mit ITD erl\u00e4utert, mit abnehmender Schallintensit\u00e4t abnehmen.<\/p>\n

Somit best\u00e4tigten die Ergebnisse des zweiten Experiments die Ergebnisse des ersten. Das hei\u00dft, es wurde praktisch gezeigt, dass das 1948 von Jeffress vorgeschlagene Modell nicht korrekt ist.<\/p>\n

Es ergibt sich, dass die Lokalisierung von Ger\u00e4uschen bei sinkender Schallintensit\u00e4t schlechter wird, w\u00e4hrend Jeffress der Meinung war, dass Ger\u00e4usche vom Menschen unabh\u00e4ngig von ihrer Intensit\u00e4t gleich wahrgenommen und verarbeitet werden. <\/p>\n

F\u00fcr eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Nuancen der Studie empfehle ich einen Blick in den Bericht der Wissenschaftler<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Epilog<\/h3>\n

\nTheoretische Annahmen und die sie best\u00e4tigenden praktischen Versuche haben gezeigt, dass Neuronen im Gehirn von S\u00e4ugetieren mit unterschiedlicher Geschwindigkeit auf die Richtung des Schallsignals aktiviert werden. Daraufhin vergleicht das Gehirn diese Geschwindigkeiten zwischen allen an dem Prozess beteiligten Neuronen, um eine dynamische Karte der akustischen Umgebung zu erstellen.<\/p>\n

Das Modell von Jeffress ist tats\u00e4chlich nicht 100% falsch, da es erm\u00f6glicht, die Lokalisierung der Schallquelle bei Eulen perfekt zu beschreiben. Ja, bei Eulen spielt die Lautst\u00e4rke keine Rolle, sie k\u00f6nnen die Position ihrer Schallquelle in jedem Fall bestimmen. Allerdings funktioniert dieses Modell nicht bei Rhesusaffen, wie fr\u00fchere Experimente gezeigt haben. Daher kann dieses Modell von Jeffress die Lokalisierung von Ger\u00e4uschen bei allen Lebewesen nicht beschreiben. <\/p>\n

Experimente mit Menschen haben einmal mehr best\u00e4tigt, dass die Lokalisierung von Ger\u00e4uschen bei verschiedenen Organismen unterschiedlich abl\u00e4uft. Viele der Teilnehmer konnten aufgrund der niedrigen Lautst\u00e4rke der Ger\u00e4usche die Position der Schallquellen nicht korrekt bestimmen. <\/p>\n

Wissenschaftler glauben, dass ihre Forschung eine bestimmte \u00c4hnlichkeit zwischen dem, wie wir sehen, und dem, wie wir h\u00f6ren, aufzeigt. Beide Prozesse h\u00e4ngen mit der Geschwindigkeit der Neuronen in verschiedenen Bereichen des Gehirns zusammen, sowie mit der Bewertung dieser Unterschiede zur Bestimmung sowohl der Position der f\u00fcr uns sichtbaren Objekte im Raum als auch der Position der Schallquelle, die wir h\u00f6ren.<\/p>\n

In Zukunft planen die Forscher eine Reihe von Experimenten durchzuf\u00fchren, um die Verbindung zwischen dem H\u00f6ren und Sehen des Menschen genauer zu untersuchen, was es erm\u00f6glichen wird, besser zu verstehen, wie unser Gehirn dynamisch eine Karte der Umgebung erstellt.<\/p>\n

Danke f\u00fcr Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und eine gute Arbeitswoche euch allen, Leute! \ud83d\ude42<\/p>\n

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\n
Quelle: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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