Meid ümbritsev maailm on täis igasugust teavet, mida meie aju pidevalt töötleb. Ta saab selle teabe meeleelundite kaudu, millest igaüks vastutab oma osa signaalide eest: silmad (nägemine), keel (maitse), nina (lõhn), nahk (puudutus), vestibulaaraparaat (tasakaal, asend ruumis ja taju kaal) ja kõrvad (heli). Kombineerides kõigi nende organite signaale, saab meie aju luua täpse pildi meie keskkonnast. Kuid kõik väliste signaalide töötlemise aspektid pole meile teada. Üks neist saladustest on helide allika lokaliseerimise mehhanism.
Kõne ja kuulmise neurotehnoloogia laboratooriumi teadlased (New Jersey Tehnoloogiainstituut) on välja pakkunud heli lokaliseerimise närviprotsessi uue mudeli. Millised täpsed protsessid toimuvad ajus heli tajumise ajal, kuidas meie aju mõistab heliallika asukohta ja kuidas see uurimus aitab kuulmisdefektide vastu võidelda. Sellest saame teada uurimisrühma aruandest. Mine.
Uurimistöö alus
Informatsioon, mida meie aju meie meeltest saab, erineb üksteisest nii oma allika kui ka töötlemise poolest. Mõned signaalid ilmuvad meie ajule kohe täpse teabena, teised aga nõuavad täiendavaid arvutusprotsesse. Jämedalt öeldes tunneme puudutust kohe, kuid heli kuuldes peame ikkagi leidma, kust see tuleb.
Horisontaaltasandil helide lokaliseerimise aluseks on interaural* ajavahe (ITD alates interauraalne ajavahe) helid jõuavad kuulaja kõrvu.
Interauraalne baas* - kõrvade vaheline kaugus.
Ajus on konkreetne piirkond (keskmine ülemine oliiv või MSO), mis vastutab selle protsessi eest. Hetkel, mil MVO-s helisignaali võetakse, teisendatakse interauraalsed ajaerinevused neuronite reaktsioonikiiruseks. MBO väljundkiiruse kõverate kuju ITD funktsioonina sarnaneb iga kõrva sisendsignaalide ristkorrelatsiooni funktsiooni kujuga.
See, kuidas teavet MBO-s töödeldakse ja tõlgendatakse, pole täiesti selge, mistõttu on mitmeid väga vastuolulisi teooriaid. Kõige kuulsam ja tegelikult klassikaline heli lokaliseerimise teooria on Jeffressi mudel (Lloyd A. Jeffress). See põhineb märgitud joon* detektorneuronid, mis on tundlikud mõlemast kõrvast tuleva närvisisendi binauraalsele sünkroonile, kusjuures iga neuron on maksimaalselt tundlik teatud hulga ITD suhtes (1А).
Märgistatud joone põhimõte* on hüpotees, mis selgitab, kuidas erinevad närvid, mis kõik kasutavad oma aksoneid mööda impulsside edastamisel samu füsioloogilisi põhimõtteid, on võimelised tekitama erinevaid aistinguid. Struktuuriliselt sarnased närvid võivad tekitada erinevaid sensoorseid tajusid, kui need on ühendatud kesknärvisüsteemi ainulaadsete neuronitega, mis on võimelised sarnaseid närvisignaale erineval viisil dekodeerima.
Pilt nr 1
See mudel on arvutuslikult sarnane närvikodeerimisega, mis põhineb mõlemasse kõrva jõudvate helide piiramatul ristkorrelatsioonil.
Samuti on olemas mudel, mis viitab sellele, et heli lokaliseerumist saab modelleerida erinevate ajupoolkerade teatud populatsioonide neuronite reageerimiskiiruse erinevuste põhjal, s.t. poolkeradevahelise asümmeetria mudel (1V).
Seni oli raske üheselt öelda, milline kahest teooriast (mudelist) on õige, arvestades, et igaüks neist ennustab heli lokaliseerimise erinevaid sõltuvusi heli intensiivsusest.
Täna vaadeldavas uuringus otsustasid teadlased ühendada mõlemad mudelid, et mõista, kas helide tajumine põhineb närvikodeerimisel või üksikute närvipopulatsioonide reaktsioonide erinevustel. Viidi läbi mitmeid katseid, milles osalesid 18–27-aastased inimesed (5 naist ja 7 meest). Osalejate audiomeetria (kuulmisteravuse mõõtmine) oli 25 dB või kõrgem vahemikus 250–8000 Hz. Katsetes osaleja paigutati helikindlasse ruumi, kuhu paigutati suure täpsusega kalibreeritud spetsiaalne varustus. Helisignaali kuuldes pidid osalejad märkima suuna, kust see tuli.
Uuringute tulemused
Sõltuvuse hindamiseks lateralisatsioon* aju aktiivsust heli intensiivsusest vastusena märgistatud neuronitele, kasutati andmeid sookakulli aju laminaarse tuuma neuronite reaktsioonikiiruse kohta.
Lateraalsus* - keha vasaku ja parema poole asümmeetria.
Et hinnata ajutegevuse lateraliseerumise sõltuvust teatud neuronipopulatsioonide reaktsioonikiirusest, kasutati reesusahvi aju alumiste kolliikulite aktiivsuse andmeid, mille järel arvutati täiendavalt erinevate poolkerade neuronite kiiruse erinevused. .
Detektorneuronite märgistatud joonmudel ennustab, et heli intensiivsuse vähenemisel läheneb tajutava allika külgsuunalisus keskmistele väärtustele, mis on sarnased pehmete ja valjude helide suhtega (1S).
Poolkera asümmeetria mudel viitab omakorda sellele, et kui heli intensiivsus väheneb lävitaseme lähedale, nihkub tajutav külgsus keskjoone poole (1D).
Kõrgema üldise heliintensiivsuse korral on lateralisatsioon eeldatavasti intensiivsuse muutumatu (sisendid 1S и 1D).
Seetõttu võimaldab analüüsides, kuidas heli intensiivsus mõjutab tajutavat heli suunda, täpselt kindlaks teha sel hetkel toimuvate protsesside olemuse – neuronid samast üldpiirkonnast või neuronid erinevatest poolkeradest.
On selge, et inimese võime ITD-d eristada võib olenevalt heli intensiivsusest erineda. Teadlaste sõnul on aga raske tõlgendada varasemaid leide, mis seovad tundlikkuse ITD-ga ja kuulajate hinnangut heliallika suuna kohta heli intensiivsuse funktsioonina. Mõned uuringud väidavad, et kui heli intensiivsus jõuab piiriläveni, väheneb allika tajutav lateraalsus. Teised uuringud näitavad, et intensiivsus ei mõjuta taju üldse.
Teisisõnu vihjavad teadlased "õrnalt", et kirjanduses on vähe teavet ITD, heli intensiivsuse ja selle allika suuna määramise vahelise seose kohta. On teooriaid, mis eksisteerivad omamoodi aksioomidena, mida teadusringkond on üldiselt aktsepteerinud. Seetõttu otsustati kõiki kuulmise tajumise teooriaid, mudeleid ja võimalikke mehhanisme üksikasjalikult praktikas testida.
Esimene katse põhines psühhofüüsilisel paradigmal, mis võimaldas kümnest normaalse kuulmisega osalejast koosnevas rühmas uurida ITD-põhist lateralisatsiooni heli intensiivsuse funktsioonina.
Pilt nr 2
Heliallikad olid spetsiaalselt häälestatud nii, et need katavad suurema osa sagedusvahemikust, milles inimesed suudavad tuvastada ITD-d, st. 300 kuni 1200 Hz (2А).
Igal katsel pidi kuulaja näitama tajutavat lateraalsust, mõõdetuna aistingu taseme funktsioonina ITD väärtuste vahemikus 375–375 ms. Heli intensiivsuse mõju määramiseks kasutati mittelineaarset segaefektide mudelit (NMLE), mis hõlmas nii fikseeritud kui ka juhuslikku helitugevust.
Ajakava 2V demonstreerib esindusliku kuulaja hinnangulist lateralisatsiooni spektriliselt tasase müraga kahe heliintensiivsusega. Ja ajakava 2S näitab kõigi kuulajate algandmeid (ringid) ja sobitatud NMLE mudelit (jooned).
Tabel 1
Ülaltoodud tabelis on näidatud kõik NLME parameetrid. On näha, et tajutav lateraalsus suurenes ITD suurenemisega, nagu teadlased eeldasid. Heli intensiivsuse vähenedes nihkus taju üha enam keskjoone poole (graafikus 2C).
Neid suundumusi toetas NLME mudel, mis näitas ITD ja heli intensiivsuse olulist mõju maksimaalsele lateraalsusastmele, toetades poolkeradevaheliste erinevuste mudelit.
Lisaks avaldasid puhaste toonide keskmised audiomeetrilised läved tajutavale külgsusele vähe mõju. Kuid heli intensiivsus ei mõjutanud oluliselt psühhomeetriliste funktsioonide näitajaid.
Teise katse põhieesmärk oli kindlaks teha, kuidas muutuvad eelmises katses saadud tulemused, kui võtta arvesse stiimulite (helide) spektraalseid iseärasusi. Spektriliselt tasase müra testimise vajadus madala heliintensiivsusega seisneb selles, et osa spektrist ei pruugi olla kuuldav ja see võib mõjutada heli suuna määramist. Sellest tulenevalt võib esimese katse tulemusi ekslikult segi ajada sellega, et helitugevuse vähenedes võib spektri kuuldava osa laius väheneda.
Seetõttu otsustati läbi viia veel üks katse, kuid kasutades vastupidist A-kaalutud* müra
A-kaalu* rakendatakse helitasemetele, et võtta arvesse inimkõrva tajutavat suhtelist helitugevust, kuna kõrv on madalate helisageduste suhtes vähem tundlik. A-kaalumine viiakse läbi, lisades mõõdetud helirõhutasemetele dB-des aritmeetiliselt oktaaviribades loetletud väärtuste tabeli.
Diagrammil 2D näitab kõigi katses osalejate algandmeid (ringid) ja NMLE mudeliga kohandatud andmeid (jooni).
Andmete analüüs näitas, et kui heli kõik osad on ligikaudu võrdselt kuuldavad (nii esimeses kui ka teises katses), väheneb tajutav külgsus ja ITD-ga lateraalsuse muutust selgitava graafiku kalle helitugevuse vähenemisega.
Seega kinnitasid teise katse tulemused esimese tulemusi. See tähendab, et praktikas on näidatud, et Jeffressi 1948. aastal välja pakutud mudel ei ole õige.
Selgub, et heli lokaliseerimine halveneb helitugevuse vähenedes ja Jeffress uskus, et inimesed tajuvad ja töötlevad helisid samamoodi, sõltumata nende intensiivsusest.
Uuringu nüanssidega täpsemaks tutvumiseks soovitan vaadata .
Epiloog
Teoreetilised oletused ja neid kinnitavad praktilised katsed on näidanud, et imetajatel aktiveeruvad aju neuronid erineva kiirusega olenevalt helisignaali suunast. Seejärel võrdleb aju neid kiirusi kõigi protsessis osalevate neuronite vahel, et luua dünaamiliselt helikeskkonna kaart.
Jeffressoni mudel ei ole tegelikult 100% vale, kuna selle abil saab suurepäraselt kirjeldada heliallika lokaliseerimist öökullide puhul. Jah, öökullide jaoks pole heli intensiivsus oluline, igal juhul määravad nad selle allika asukoha. See mudel aga ei tööta reesusahvidega, nagu on näidanud varasemad katsed. Seetõttu ei saa see Jeffressoni mudel kirjeldada helide lokaliseerimist kõigi elusolendite jaoks.
Inimestest osavõtjatega tehtud katsed on taas kord kinnitanud, et heli lokaliseerimine toimub erinevates organismides erinevalt. Paljud osalejad ei suutnud helide madala intensiivsuse tõttu õigesti määrata helisignaalide allika asukohta.
Teadlased usuvad, et nende töö näitab teatud sarnasusi selle vahel, kuidas me näeme ja kuidas me kuuleme. Mõlemad protsessid on seotud neuronite kiirusega erinevates ajuosades, samuti selle erinevuse hindamisega, et määrata kindlaks nii objektide asukoht, mida me ruumis näeme, kui ka kuuldava heli allika asukoht.
Tulevikus kavatsevad teadlased läbi viia mitmeid katseid, et uurida täpsemalt seost inimese kuulmise ja nägemise vahel, mis võimaldab meil paremini mõista, kuidas täpselt meie aju dünaamiliselt meid ümbritseva maailma kaarti koostab.
Täname tähelepanu eest, olge uudishimulikud ja ilusat nädalat kõigile! 🙂
Täname, et jäite meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Kas soovite näha huvitavamat sisu? Toeta meid, esitades tellimuse või soovitades sõpradele, , Habri kasutajatele 30% allahindlus ainulaadsele algtaseme serverite analoogile, mille me teie jaoks välja mõtlesime: (saadaval RAID1 ja RAID10, kuni 24 tuuma ja kuni 40 GB DDR4-ga).
Dell R730xd 2 korda odavam? Ainult siin Hollandis! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – alates 99 dollarist! Millegi kohta lugema
Allikas: www.habr.com