Inguratzen gaituen mundua gure garunak etengabe prozesatzen duen era guztietako informazioz beteta dago. Informazio hori zentzumen-organoen bidez jasotzen du, eta horietako bakoitza bere seinaleen zatiaren arduraduna da: begiak (ikusmena), mihia (zaporea), sudurra (usaina), larruazala (ukimena), aparatu vestibular (oreka, espazioan posizioa eta zentzumenak). pisua) eta belarriak (soinua). Organo guzti horien seinaleak konbinatuz, gure garunak gure ingurunearen irudi zehatza eraiki dezake. Baina kanpoko seinaleak prozesatzeko alderdi guztiak ez ditugu ezagutzen. Sekretu horietako bat soinuen iturria lokalizatzeko mekanismoa da.
Hizketa eta Entzumenaren Neuroingeniaritza Laborategiko (New Jersey Institute of Technology) zientzialariek soinuaren lokalizazio prozesu neuronalaren eredu berri bat proposatu dute. Zer prozesu zehatz gertatzen diren burmuinean soinua hautemateko garaian, nola ulertzen duen gure garunak soinu-iturriaren posizioa eta nola lagun dezakeen ikerketa honek entzumen-akatsen aurkako borrokan. Ikerketa taldearen txostenean jakin dugu horren berri. Zoaz.
Ikerketaren oinarria
Gure garunak gure zentzumenetatik jasotzen duen informazioa elkarrengandik desberdina da, bai iturriaren aldetik, bai prozesamenduaren aldetik. Seinale batzuk berehala agertzen dira gure garunean informazio zehatz gisa, eta beste batzuek prozesu konputazional osagarriak behar dituzte. Gutxi gorabehera, ukitu bat berehala sentitzen dugu, baina soinu bat entzuten dugunean, oraindik nondik datorren aurkitu behar dugu.
Soinuak plano horizontalean kokatzeko oinarria da interaural* denbora-aldea (ITD-tik aura arteko denbora-aldea) entzulearen belarrietara iristen diren soinuak.
Aurkako oinarria* - belarri arteko distantzia.
Prozesu horren arduraduna den gune zehatz bat dago garunean (medial superior oliba edo MSO). Soinu-seinalea MVOn jasotzen den unean, aura arteko denbora-diferentziak neuronen erreakzio-abiadura bihurtzen dira. MBO irteera-abiadura-kurben formak ITD-ren funtzioan sarrerako seinaleen korrelazio gurutzatuaren funtzioaren itxura du belarri bakoitzeko.
MBOn informazioa nola prozesatzen eta interpretatzen den ez dago guztiz argia, horregatik daude oso kontraesankorrak diren hainbat teoria. Soinuaren lokalizazioaren teoriarik ezagunena eta hain zuzen ere klasikoena Jeffress eredua da (Lloyd A. Jeffress). oinarritzen da marra markatua* belarri bakoitzeko sarrera neuronalen sinkronia binauralarekiko sentikorrak diren neuronak detektatzaileak, neurona bakoitza ITD kopuru jakin baterako sentikorra delarik (1A).
Lerro markatuaren printzipioa* nerbio desberdinak, axoietan zehar bulkadak transmititzeko printzipio fisiologiko berdinak erabiltzen dituztenak, sentsazio desberdinak sortzeko gai diren azaltzen duen hipotesia da. Egituraren antzeko nerbioek zentzumen-pertzepzio desberdinak sor ditzakete nerbio-sistema zentraleko neurona bereziekin konektatzen badira, modu ezberdinetan antzeko nerbio-seinaleak deskodetzeko gai direnak.
Irudia #1
Eredu hau konputazionalki kodeketa neuronalaren antzekoa da, bi belarrietara iristen diren soinuen mugarik gabeko korrelazio gurutzatuan oinarrituta.
Bada eredu bat ere iradokitzen duena soinuaren lokalizazioa modelatu daitekeela garuneko hemisferio ezberdinetako neurona-populazio batzuen erantzun-abiaduraren desberdintasunetan oinarrituta, hau da. Hemisferio arteko asimetriaren eredua (1V).
Orain arte, zaila zen bi teorietatik (ereduetatik) zein den zuzena argi eta garbi adieraztea, izan ere, horietako bakoitzak soinuaren lokalizazioak soinuaren intentsitatearen menpekotasun desberdinak aurreikusten dituelako.
Gaur aztertzen ari garen ikerketan, ikertzaileek bi ereduak konbinatzea erabaki dute, soinuen pertzepzioa kodeketa neuronalean edo populazio neuronalen banakako erantzunen desberdintasunetan oinarritzen den ulertzeko. Hainbat esperimentu egin ziren 18 eta 27 urte bitarteko pertsonek (5 emakume eta 7 gizon) parte hartu zuten. Parte-hartzaileen audiometria (entzumen-zorroztasunaren neurketa) 25 dB edo handiagoa izan zen 250 eta 8000 Hz artean. Esperimentuetako parte-hartzailea insonorizatutako gela batean jarri zen, eta bertan ekipamendu berezia jarri zen, zehaztasun handiz kalibratua. Parte-hartzaileek, soinu-seinale bat entzutean, nondik datorren adierazi behar izan zuten.
Ikerketaren emaitzak
Mendekotasuna ebaluatzeko lateralizazioa* garunaren jarduera soinuaren intentsitatetik etiketatutako neuronei erantzuteko, hontza garunaren nukleo laminarreko neuronen erreakzio-abiadurari buruzko datuak erabili ziren.
Lateraltasuna* - gorputzaren ezkerreko eta eskuineko erdien asimetria.
Garunaren jardueraren lateralizazioak neurona-populazio batzuen erreakzio-abiadurarekin duen menpekotasuna ebaluatzeko, Rhesus tximinoaren garunaren beheko kolikuluaren jardueraren datuak erabili ziren, eta ondoren hemisferio ezberdinetako neuronen abiadura desberdintasunak kalkulatu ziren. .
Neurona detektatzaileen lerro markadun ereduak iragartzen du soinuaren intentsitatea gutxitzen den heinean, hautematen den iturriaren lateralitatea soinu leunen eta ozenen arteko erlazioaren antzeko balioetara bat egingo duela (1S).
Asimetria hemisferikoaren ereduak, berriz, iradokitzen du soinuaren intentsitatea atalase-maila hurbilera jaisten den heinean, hautematen den lateralitatea erdiko lerrorantz aldatuko dela (1D).
Soinu-intentsitate orokor altuagoan, lateralizazioa intentsitate aldaezina izango dela espero da (txertatzen da 1S ΠΈ 1D).
Hori dela eta, soinuaren intentsitateak soinuaren hautematen den norabidean nola eragiten duen aztertzeak aukera ematen digu zehaztasunez zehazteko une horretan gertatzen diren prozesuen izaera βeremu orokor bereko neuronak edo hemisferio ezberdinetako neuronakβ.
Argi dago, pertsona batek ITD bereizteko duen gaitasuna soinuaren intentsitatearen arabera alda daiteke. Hala ere, zientzialariek diote zaila dela ITDarekin sentsibilitatea eta entzuleek soinu-iturriaren norabidearen epaiketa soinuaren intentsitatearen arabera lotzen dituzten aurreko aurkikuntzak interpretatzea. Ikerketa batzuek diote soinuaren intentsitatea muga-atalase batera iristen denean, iturriaren lateralitatea hautematen dela gutxitzen dela. Beste ikerketek diote intentsitateak ez duela inolako eraginik pertzepzioan.
Beste era batera esanda, zientzialariek "leunki" iradokitzen dute literaturan informazio gutxi dagoela ITD, soinu-intentsitatearen eta bere iturriaren norabidea zehaztearen arteko erlazioari buruz. Badaude axioma moduko gisa existitzen diren teoriak, komunitate zientifikoak orokorrean onartuak. Hori dela eta, praktikan entzumen-pertzepzioaren teoria, eredu eta balizko mekanismo guztiak zehatz-mehatz probatzea erabaki zen.
Lehenengo esperimentua paradigma psikofisiko batean oinarritu zen, ITDan oinarritutako lateralizazioa soinuaren intentsitatearen arabera aztertzea ahalbidetzen zuen entzumen arrunteko hamar partaideko talde batean.
Irudia #2
Soinu iturriak bereziki sintonizatu ziren gizakiak ITD antzemateko gai diren maiztasun-tarte gehiena estaltzeko, hau da. 300 eta 1200 Hz artean (2A).
Proba bakoitzean, entzuleak hautemandako lateralitatea adierazi behar zuen, sentsazio mailaren arabera neurtuta, 375 eta 375 ms-ko ITD balioen tarte batean. Soinuaren intentsitatearen eragina zehazteko, efektu misto ez-linealaren eredua (NMLE) erabili zen, soinuaren intentsitate finkoa eta ausazkoa barne hartzen zuena.
Ordutegiak 2V estimatutako lateralizazioa erakusten du espektralki zarata lauarekin bi soinu-intentsitatetan entzule adierazgarri batentzat. Eta ordutegia 2S entzule guztien datu gordinak (zirkuluak) eta egokitutako NMLE eredua (lerroak) erakusten ditu.
1. zk. taula
Goiko taulak NLME parametro guztiak erakusten ditu. Ikusten denez, hautematen den lateralitatea handitu egin zen ITD handitzean, zientzialariek espero zuten bezala. Soinuaren intentsitatea gutxitu ahala, pertzepzioa gero eta gehiago mugitu zen erdiko lerrorantz (grafikoan txertatua). 2C).
Joera hauek NLME ereduak onartzen zituen, ITDaren eta soinuaren intentsitatearen efektu esanguratsuak lateralitate maila maximoan, hemisferioen arteko desberdintasunen ereduari eusten baitzion.
Gainera, tonu puruen batez besteko atalase audiometrikoek eragin txikia izan zuten hautematen den lateralitatean. Baina soinuaren intentsitateak ez zuen funtzio psikometrikoen adierazleetan nabarmen eragin.
Bigarren esperimentuaren helburu nagusia aurreko esperimentuan lortutako emaitzak nola aldatuko ziren zehaztea izan zen, estimuluen (soinuen) ezaugarri espektralak kontuan hartuta. Soinu-intentsitate baxuko zarata espektralki laua probatu beharra da espektroaren zatiak entzun daitezkeela eta horrek soinuaren norabidearen zehaztapenean eragin dezakeela. Ondorioz, lehen esperimentuaren emaitzak oker nahas daitezke, soinuaren intentsitatea txikitzean espektroaren zati entzungarriaren zabalera txikiagotu daitekeelako.
Horregatik, beste esperimentu bat egitea erabaki zen, baina alderantziz erabiliz A haztatua* zarata
A-pisaketa* soinu-mailari aplikatua giza belarriak hautematen duen ozentasun erlatiboa kontuan hartzeko, belarria ez baita hain sentikorra soinu-maiztasun baxuekiko. A haztapena dB-tan neurtutako soinu-presio-mailei zortzidun-bandetan zerrendatutako balioen taula aritmetikoki gehituz ezartzen da.
Taulan 2D esperimentuko parte-hartzaile guztien datu gordinak (zirkuluak) eta NMLE ereduan egokitutako datuak (lerroak) erakusten ditu.
Datuen analisiak ikusi zuen soinuaren zati guztiak gutxi gorabehera berdin entzuten direnean (lehen eta bigarren saiakeran), lateralitatea hautematea eta ITD-rekin lateralitatearen aldaketa azaltzen duen grafikoko malda, soinuaren intentsitatea gutxituz gero, murrizten direla.
Horrela, bigarren esperimentuaren emaitzek lehenengoaren emaitzak berretsi zituzten. Hau da, praktikan Jeffressek 1948an proposatutako eredua zuzena ez dela frogatu da.
Soinuaren lokalizazioa okertu egiten da soinuaren intentsitatea jaisten den heinean, eta Jeffressek uste zuen soinuak gizakiek modu berean hautematen eta prozesatzen dituztela, haien intentsitatea edozein dela ere.
Ikerketaren Γ±abardurak zehatzago ezagutzeko, begiratzea gomendatzen dut .
Epilogoa
Suposizio teorikoek eta horiek baieztatzen dituzten esperimentu praktikoek erakutsi dute ugaztunen garuneko neuronak tasa ezberdinetan aktibatzen direla soinu-seinalearen norabidearen arabera. Gero, burmuinak abiadura hauek konparatzen ditu prozesuan parte hartzen duten neurona guztien artean soinu-ingurunearen mapa dinamikoki eraikitzeko.
Jeffresson-en eredua ez dago %100 okerra, hontzak soinu-iturriaren kokapena ezin hobeto deskribatzeko erabil baitaiteke. Bai, hontzentzat soinuaren intentsitateak ez du axola; nolanahi ere, eurek zehaztuko dute iturriaren posizioa. Hala ere, eredu honek ez du funtzionatzen tximino rhesusekin, aurreko esperimentuek erakutsi dutenez. Beraz, Jeffresson eredu honek ezin du deskribatu izaki bizidun guztien soinuen lokalizazioa.
Giza parte-hartzaileekin egindako esperimentuek beste behin ere baieztatu dute soinuaren lokalizazioa desberdin gertatzen dela organismo ezberdinetan. Parte-hartzaileetako askok ezin izan zuten behar bezala zehaztu soinu-seinaleen iturriaren posizioa soinuen intentsitate baxua zela eta.
Zientzialariek uste dute haien lanak ikusten ditugun eta entzuten ditugun moduen arteko antzekotasun batzuk erakusten dituela. Prozesu biak garuneko atal ezberdinetako neuronen abiadurarekin lotzen dira, baita desberdintasun horren ebaluazioarekin ere, bai espazioan ikusten ditugun objektuen posizioa bai entzuten dugun soinu-iturriaren posizioa zehazteko.
Etorkizunean, ikertzaileek esperimentu batzuk egingo dituzte, gizakien entzumenaren eta ikusmenaren arteko lotura zehatzago aztertzeko, eta horri esker hobeto ulertuko dugu gure garunak modu dinamikoan gure inguruko munduaren mapa nola eraikitzen duen.
Eskerrik asko zure arretagatik, jakin-min egon zaitez eta aste ona izan denoi! π
Eskerrik asko gurekin geratzeagatik. Gustuko dituzu gure artikuluak? Eduki interesgarri gehiago ikusi nahi? Lagun iezaguzu eskaera bat eginez edo lagunei gomendatuz, , % 30eko deskontua Habr erabiltzaileentzat sarrera-mailako zerbitzarien analogo berezi batean, guk zuk asmatu duguna: (RAID1 eta RAID10-ekin erabilgarri, 24 nukleoraino eta 40 GB DDR4 arte).
Dell R730xd 2 aldiz merkeagoa? Hemen bakarrik Herbehereetan! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 $-tik aurrera! Irakurri buruz
Iturria: www.habr.com