{"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\/novosti-interneta\/lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov","title":{"rendered":"Lokalisation von Ger\u00e4uschen: Wie das Gehirn Klangquellen erkennt","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Lokalisation
\n
\nDie Welt um uns herum ist voller Informationen, die unser Gehirn ununterbrochen verarbeitet. Diese Informationen erh\u00e4lt es \u00fcber die Sinne, von denen jeder seinen Teil zu den Signalen beitr\u00e4gt: Augen (Sehen), Zunge (Geschmack), Nase (Geruch), Haut (Tastsinn), Gleichgewichtsorgan (Gleichgewicht, r\u00e4umliche Lage und Gewichtsempfinden) und Ohren (Schall). Indem es die Signale aller dieser Sinne zusammenf\u00fchrt, kann unser Gehirn ein pr\u00e4zises Bild der Umgebung aufbauen. Doch sind uns nicht alle Aspekte der Verarbeitung \u00e4u\u00dferer Signale bekannt. Ein solches R\u00e4tsel ist der Mechanismus der Lokalisierung von Klangquellen.<\/p>\n

Wissenschaftler aus dem Labor f\u00fcr Neuroengineering von Sprache und H\u00f6ren (Technologisches Institut von New Jersey) haben ein neues Modell des neuronalen Prozesses zur Lokalisierung von Ger\u00e4uschen vorgeschlagen. Welche Prozesse genau im Gehirn ablaufen, w\u00e4hrend wir Klang wahrnehmen, wie unser Gehirn die Position einer Klangquelle versteht und wie diese Forschung im Kampf gegen H\u00f6rsch\u00e4den helfen kann. Dar\u00fcber werden wir im Bericht der Forschungsgruppe mehr erfahren. Lassen Sie uns beginnen.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Grundlage der Forschung<\/h3>\n

\nDie Informationen, die unser Gehirn von den Sinnesorganen erh\u00e4lt, unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der Quelle als auch der Verarbeitung. Einige Signale erreichen unser Gehirn sofort in pr\u00e4ziser Form, w\u00e4hrend andere zus\u00e4tzliche Verarbeitungsprozesse ben\u00f6tigen. Grob gesagt, Ber\u00fchrungen sp\u00fcren wir sofort, w\u00e4hrend wir bei einem Ger\u00e4usch zun\u00e4chst herausfinden m\u00fcssen, woher es kommt. <\/p>\n

Die Grundlage f\u00fcr die Lokalisierung von Ger\u00e4uschen in der horizontalen Ebene ist interaural<\/i> der Zeitunterschied (ITD von interaural time difference<\/i>) der Ger\u00e4usche, die die Ohren des H\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. Bei der Empfang von Schallsignalen erfolgt in der MVO die Umwandlung der interauralen Zeitunterschiede in die Reaktionsgeschwindigkeit der Neuronen. Die Form der Ausgangssignalgeschwindigkeitskurven der MVO als Funktion der ITD \u00e4hnelt der Form der Kreuzkorrelationsfunktion der Eingangssignale f\u00fcr jedes Ohr.<\/p>\n

Die Art und Weise, wie Informationen im MBO verarbeitet und interpretiert werden, bleibt unklar, was zu mehreren widerspr\u00fcchlichen Theorien f\u00fchrt. Die bekannteste und klassischste Theorie der Schalllokalisation ist das Modell von Jeffress (Lloyd A. Jeffress<\/i>). Sie basiert auf einer markierten Linie*<\/i> von Neuronen-Detektoren, die empfindlich auf die binaurale Synchronit\u00e4t der neuronalen Eingangssignale aus jedem Ohr reagieren, wobei jedes Neuron am empfindlichsten auf eine bestimmte ITD-Gr\u00f6\u00dfe reagiert (1A<\/b>).<\/p>\n

Prinzip der markierten Linie*<\/b> \u2014 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 unterschiedliche Weise zu dekodieren.<\/p><\/blockquote>\n

\n\"Lokalisation
\n Abbildung Nr. 1<\/i><\/p>\n

Dieses Modell \u00e4hnelt in rechnerischer Hinsicht der neuronalen Kodierung, die auf unbegrenzten wechselseitigen Korrelationen von Ger\u00e4uschen basiert, die beide Ohren erreichen. <\/p>\n

Es gibt auch ein Modell, das annimmt, dass die Lokalisation von Schall auf der Grundlage von Reaktionsgeschwindigkeitsunterschieden bestimmter Neuronengruppen aus verschiedenen Gehirnh\u00e4lften modelliert werden kann, d.h. das Modell der interhemisph\u00e4rischen Asymmetrie.1V<\/b>).<\/p>\n

Bisher war es schwierig, eindeutig zu bestimmen, welches der beiden Theorien (Modelle) richtig ist, da jede von ihnen unterschiedliche Abh\u00e4ngigkeiten der Schalllokalisation von der Lautst\u00e4rke vorhersagt. <\/p>\n

In der heutigen Untersuchung haben die Wissenschaftler beschlossen, beide Modelle zu kombinieren, um zu verstehen, ob die Wahrnehmung von Kl\u00e4ngen auf neuronaler Kodierung oder auf der unterschiedlichen Reaktion einzelner neuronaler Populationen basiert. Es wurden mehrere Experimente durchgef\u00fchrt, an denen Menschen im Alter von 18 bis 27 Jahren (5 Frauen und 7 M\u00e4nner) teilnahmen. Die Audiometrie (Messung des H\u00f6rverm\u00f6gens) der Teilnehmer lag bei 25 dB oder h\u00f6her im Frequenzbereich von 250 bis 8000 Hz. Die Versuchsteilnehmer wurden in einem schalldichten Raum platziert, in dem spezielle, hochpr\u00e4zise kalibrierte Ger\u00e4te vorhanden waren. Die Teilnehmer mussten, sobald sie ein akustisches Signal h\u00f6rten, die Richtung angeben, aus der es kam.<\/p>\n

Die Forschungsergebnisse<\/h3>\n

\nZur Bewertung der Abh\u00e4ngigkeit Lateralisation*<\/i> der Gehirnaktivit\u00e4t von der Lautst\u00e4rke wurden die Reaktionszeiten der Neuronen im laminaran Kern des Gehirns der Schleiereule genutzt.<\/p>\n

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

Um die Abh\u00e4ngigkeit der Lateralisierung der Gehirnaktivit\u00e4t von der Reaktionsgeschwindigkeit bestimmter Neuronengruppen zu bewerten, wurden Aktivit\u00e4tsdaten des unteren H\u00fcgelganglions des Makaken verwendet. Anschlie\u00dfend wurden die Unterschiede in der Geschwindigkeit der Neuronen aus verschiedenen Hemisph\u00e4ren berechnet.<\/p>\n

Das Modell der markierten Neuronendetektoren geht davon aus, dass bei verringerter Schallintensit\u00e4t die Lateralisierung der wahrgenommenen Quelle auf durchschnittliche Werte konvergiert, die f\u00fcr die Beziehung zwischen leisen und lauten Ger\u00e4uschen \u00e4hnlich sind (1C<\/b>).<\/p>\n

Das Modell der interhemisph\u00e4rischen Asymmetrie wiederum besagt, dass bei einer Verringerung der Schallintensit\u00e4t bis nahezu auf Schwellenwerte die wahrgenommene Lateralisierung zur Medianlinie verschoben wird (1D<\/b>).<\/p>\n

Bei h\u00f6herer Gesamt-Schallintensit\u00e4t wird angenommen, dass die Lateralisierung invarianzunabh\u00e4ngig der Intensit\u00e4t ist (Einf\u00fcgungen bei 1C<\/b> und 1D<\/b>).<\/p>\n

Daher erm\u00f6glicht die Analyse, wie die Schallintensit\u00e4t die wahrgenommenen Richtungen beeinflusst, eine pr\u00e4zise Bestimmung der Natur der gerade ablaufenden Prozesse \u2014 Neuronen aus einem gemeinsamen Bereich oder Neuronen aus verschiedenen Hemisph\u00e4ren.<\/p>\n

Es ist offensichtlich, dass die F\u00e4higkeit eines Menschen, ITD zu differenzieren, je nach Lautst\u00e4rke variieren kann. Wissenschaftler erkl\u00e4ren jedoch, dass es schwierig ist, fr\u00fchere Erkenntnisse zu interpretieren, die die Empfindlichkeit gegen\u00fcber ITD mit der Bewertung der Richtung einer Schallquelle durch den Zuh\u00f6rer in Beziehung setzen, als Funktion der Lautst\u00e4rke. Einige Studien zeigen, dass bei Erreichen der Lautst\u00e4rke bis zu einer Grenze die wahrgenommene Lateralisierung der Quelle abnimmt. Andere Studien behaupten dagegen, dass es \u00fcberhaupt keinen Einfluss der Lautst\u00e4rke auf die Wahrnehmung gibt.<\/p>\n

Mit anderen Worten, die Wissenschaftler deuten \"sanft\" darauf hin, dass in der Literatur nur wenige Informationen \u00fcber die Beziehung zwischen ITD, Lautst\u00e4rke und der Bestimmung der Richtung der Schallquelle vorhanden sind. Es gibt Theorien, die wie eine Art Axiom existieren und in der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannt sind. Daher wurde beschlossen, alle Theorien, Modelle und m\u00f6glichen Mechanismen der H\u00f6rwahrnehmung detailliert praxisnah zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n

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

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

Die Schallquellen wurden speziell so kalibriert, dass sie einen gro\u00dfen Frequenzbereich abdeckten, in dem Menschen f\u00e4hig sind, die ITD zu erkennen, d.h. von 300 bis 1200 Hz (2A<\/b>).<\/p>\n

In jedem der Tests musste der Zuh\u00f6rer die vermutete Lateralisierung angeben, gemessen als Funktion des Empfindungsniveaus, im ITD-Wertbereich von 375 bis 375 ms. Um den Einfluss der Lautst\u00e4rke zu bestimmen, wurde ein nichtlineares gemischtes Effektmodell (NMLE) verwendet, das sowohl feste als auch zuf\u00e4llige Lautst\u00e4rken ber\u00fccksichtigte.<\/p>\n

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

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

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

Diese Trends wurden durch das NLME-Modell gest\u00fctzt, das einen signifikanten Einfluss von ITD und Lautst\u00e4rke auf den maximalen Grad der Lateralisierung zeigte und das Modell der hemisph\u00e4rischen Unterschiede best\u00e4tigte.<\/p>\n

Zudem hatten die mittleren audiometrischen Schwellen f\u00fcr reine T\u00f6ne einen geringf\u00fcgigen Einfluss auf die wahrgenommene Lateralisierung. Allerdings hatte die Lautst\u00e4rke keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse der psychometrischen Funktionen.<\/p>\n

Das Hauptziel des zweiten Experiments bestand darin, festzustellen, wie sich die im vorherigen Experiment gewonnenen Ergebnisse \u00e4ndern, wenn die spektralen Eigenschaften der Stimuli (Ger\u00e4usche) ber\u00fccksichtigt werden. Es ist notwendig, den spektral flachen Ger\u00e4uschpegel bei niedriger Schallintensit\u00e4t zu \u00fcberpr\u00fcfen, da Teile des Spektrums m\u00f6glicherweise nicht h\u00f6rbar sind, was die Bestimmung der Schallrichtung beeinflussen kann. Daher k\u00f6nnte der Befund des ersten Experiments f\u00e4lschlicherweise annehmen, dass die Breite des h\u00f6rbaren Spektrums mit abnehmender Schallintensit\u00e4t abnehmen kann. <\/p>\n

Deshalb wurde beschlossen, ein weiteres Experiment durchzuf\u00fchren, jedoch mit r\u00fcckw\u00e4rtigem 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 niedrige Frequenzen reagiert. A-gewichtung wird durch die arithmetische Addition einer Tabelle von Werten, die in Oktavb\u00e4ndern aufgef\u00fchrt sind, zu den gemessenen Schalldruckpegeln in dB realisiert.<\/p><\/blockquote>\n

Im Diagramm 2D<\/b> Die Rohdaten (Punkte) und die an das NMLE-Modell angepassten Daten (Linien) aller Teilnehmer des Experiments werden angezeigt. <\/p>\n

Die Analyse der Daten hat gezeigt, dass, wenn alle Schallteile ungef\u00e4hr gleich h\u00f6rbar sind (sowohl im ersten als auch im zweiten Experiment), die wahrgenommene Lateralit\u00e4t und die Neigung im Diagramm, das die Ver\u00e4nderung der Lateralit\u00e4t mit ITD erkl\u00e4rt, mit der Abnahme der Schallintensit\u00e4t abnehmen.<\/p>\n

Daher best\u00e4tigten die Ergebnisse des zweiten Experiments die Ergebnisse des ersten. Praktisch wurde gezeigt, dass das von Jeffress im Jahr 1948 vorgeschlagene Modell nicht korrekt ist.<\/p>\n

Es zeigt sich, dass die Lokalisierung von Ger\u00e4uschen bei sinkender Schallintensit\u00e4t beeintr\u00e4chtigt wird, w\u00e4hrend Jeffress annahm, dass Ger\u00e4usche unabh\u00e4ngig von ihrer Intensit\u00e4t gleich wahrgenommen und verarbeitet werden. <\/p>\n

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

Epilog<\/h3>\n

\nTheoretical assumptions and supporting practical experiences have shown that the neurons in the brains of mammals are activated at different speeds depending on the direction of the sound signal. Subsequently, the brain compares these speeds among all the neurons involved in the process to dynamically construct a map of the auditory environment.<\/p>\n

Jeffress's model is not actually 100% incorrect, as it can perfectly describe the localization of sound sources in owl species. Yes, for owls, sound intensity does not matter; they will determine the position of the source regardless. However, this model does not work with rhesus macaques, as shown by previously conducted experiments. Therefore, Jeffress's model cannot describe sound localization for all living beings. <\/p>\n

Experiments involving humans have once again confirmed that sound localization occurs differently across various organisms. Many of the participants could not accurately determine the position of sound signal sources due to low sound intensity. <\/p>\n

Wissenschaftler sind der Ansicht, dass ihre Arbeit eine gewisse \u00c4hnlichkeit zwischen dem, wie wir sehen, und dem, wie wir h\u00f6ren, aufzeigt. Beide Prozesse sind mit der Geschwindigkeit von Neuronen in verschiedenen Teilen des Gehirns verbunden, sowie mit der Bewertung dieser Unterschiede zur Bestimmung sowohl der Position sichtbarerer Objekte im Raum als auch der Quelle des h\u00f6rbaren Schalls.<\/p>\n

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

Vielen Dank f\u00fcr Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und eine produktive Woche f\u00fcr alle! \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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