O mundo que nos rodea está cheo de todo tipo de información que o noso cerebro procesa continuamente. Recibe esta información a través dos órganos dos sentidos, cada un dos cales é responsable da súa parte de sinais: ollos (visión), lingua (gusto), nariz (olfacto), pel (tacto), aparello vestibular (equilibrio, posición no espazo e sentido do peso) e oídos (son). Ao combinar sinais de todos estes órganos, o noso cerebro pode construír unha imaxe precisa do noso medio. Pero non todos os aspectos do procesamento de sinais externos son coñecidos por nós. Un destes segredos é o mecanismo para localizar a fonte dos sons.
Científicos do Laboratory of Neuroengineering of Speech and Hearing (New Jersey Institute of Technology) propuxeron un novo modelo do proceso neuronal da localización do son. Que procesos exactos ocorren no cerebro durante a percepción do son, como o noso cerebro entende a posición da fonte sonora e como esta investigación pode axudar na loita contra os defectos auditivos. Diso coñecémonos co informe do grupo de investigación. Vaia.
Base de investigación
A información que o noso cerebro recibe dos nosos sentidos difire entre si, tanto pola súa orixe como polo seu procesamento. Algúns sinais aparecen inmediatamente no noso cerebro como información precisa, mentres que outros requiren procesos computacionais adicionais. En liñas xerais, sentimos un toque inmediatamente, pero cando escoitamos un son, aínda temos que atopar de onde vén.
A base para localizar sons no plano horizontal é interaural* diferenza horaria (ITD desde diferenza horaria interaural) sons que chegan aos oídos do oínte.
Base interaural* - Distancia entre orellas.
Hai unha área específica no cerebro (a oliva superior medial ou MSO) que é responsable deste proceso. No momento no que se recibe o sinal sonoro no MVO, as diferenzas de tempo interaurais convértense na velocidade de reacción das neuronas. A forma das curvas de velocidade de saída do MBO en función da ITD aseméllase á forma da función de correlación cruzada dos sinais de entrada para cada oído.
Como se procesa e interpreta a información en MBO non está do todo claro, polo que hai varias teorías moi contraditorias. A teoría máis famosa e de feito clásica da localización do son é o modelo de Jeffress (Lloyd A. Jeffress). Está baseado en liña marcada* neuronas detectoras que son sensibles á sincronía binaural das entradas neuronais de cada oído, sendo cada neurona máximamente sensible a unha certa cantidade de ITD (1A).
Principio de liña marcada* é unha hipótese que explica como os distintos nervios, que utilizan todos os mesmos principios fisiolóxicos para transmitir impulsos ao longo dos seus axóns, son capaces de xerar diferentes sensacións. Os nervios estruturalmente similares poden xerar diferentes percepcións sensoriais se están conectados a neuronas únicas do sistema nervioso central que son capaces de decodificar sinais nerviosos similares de diferentes xeitos.
Imaxe #1
Este modelo é computacionalmente similar á codificación neuronal, baseada en correlacións cruzadas sen restricións de sons que chegan a ambos os oídos.
Tamén hai un modelo que suxire que a localización do son pode modelarse en función das diferenzas na velocidade de resposta de certas poboacións de neuronas de diferentes hemisferios do cerebro, é dicir. modelo de asimetría interhemisférica (1V).
Ata o de agora, era difícil afirmar sen ambigüidades cal das dúas teorías (modelos) é correcta, dado que cada unha delas predice diferentes dependencias da localización do son na intensidade do son.
No estudo que estamos a ver hoxe, os investigadores decidiron combinar ambos modelos para comprender se a percepción dos sons se basea na codificación neuronal ou nas diferenzas na resposta de poboacións neuronais individuais. Realizáronse varios experimentos nos que participaron persoas de 18 a 27 anos (5 mulleres e 7 homes). A audiometría dos participantes (unha medida da agudeza auditiva) foi de 25 dB ou superior entre 250 e 8000 Hz. O participante dos experimentos foi colocado nunha sala insonorizada, na que se colocaron equipos especiais, calibrados con gran precisión. Os participantes tiveron que, ao escoitar un sinal sonoro, indicar a dirección de onde procedía.
Resultados da investigación
Para avaliar a dependencia lateralización* actividade cerebral a partir da intensidade do son en resposta ás neuronas etiquetadas, utilizáronse datos sobre a velocidade de reacción das neuronas no núcleo laminar do cerebro do percebeiro.
Lateralidade* - asimetría das metades esquerda e dereita do corpo.
Para avaliar a dependencia da lateralización da actividade cerebral na velocidade de reacción de certas poboacións de neuronas, utilizáronse datos da actividade do colículo inferior do cerebro do mono rhesus, tras o cal calculáronse adicionalmente as diferenzas na velocidade das neuronas de diferentes hemisferios. .
O modelo de liña marcada das neuronas detectoras prevé que a medida que a intensidade do son diminúe, a lateralidade da fonte percibida converxerá a valores medios similares á proporción de sons suaves e altos (1S).
O modelo de asimetría hemisférica, pola súa banda, suxire que a medida que a intensidade do son diminúe ata os niveis próximos ao limiar, a lateralidade percibida desprazarase cara á liña media.1D).
A maior intensidade global do son, espérase que a lateralización sexa invariante de intensidade (insercións en 1S и 1D).
Polo tanto, analizar como afecta a intensidade do son á dirección percibida do son permítenos determinar con precisión a natureza dos procesos que ocorren nese momento: neuronas da mesma área xeral ou neuronas de diferentes hemisferios.
Claramente, a capacidade dunha persoa para discriminar ITD pode variar dependendo da intensidade do son. Non obstante, os científicos din que é difícil interpretar os descubrimentos anteriores que relacionan a sensibilidade coa ITD e o xuízo dos oíntes sobre a dirección da fonte de son en función da intensidade do son. Algúns estudos din que cando a intensidade do son alcanza un limiar límite, a lateralidade percibida da fonte diminúe. Outros estudos suxiren que non hai ningún efecto da intensidade sobre a percepción.
Noutras palabras, os científicos están a insinuar "delicadamente" que hai pouca información na literatura sobre a relación entre a ITD, a intensidade do son e a determinación da dirección da súa fonte. Hai teorías que existen como unha especie de axiomas, xeralmente aceptados pola comunidade científica. Por iso, decidiuse probar en detalle todas as teorías, modelos e posibles mecanismos de percepción auditiva na práctica.
O primeiro experimento baseouse nun paradigma psicofísico que permitiu o estudo da lateralización baseada en ITD en función da intensidade do son nun grupo de dez participantes con audición normal.
Imaxe #2
As fontes de son axustáronse especificamente para cubrir a maior parte do intervalo de frecuencias dentro do cal os humanos son capaces de recoñecer ITD, é dicir. de 300 a 1200 Hz (2A).
En cada proba, o oínte tiña que indicar a lateralidade percibida, medida en función do nivel de sensación, nun rango de valores de ITD de 375 a 375 ms. Para determinar o efecto da intensidade do son, utilizouse un modelo de efectos mixtos non lineais (NMLE) que incluía intensidade sonora fixa e aleatoria.
Programar 2V demostra a lateralización estimada cun ruído espectralmente plano a dúas intensidades de son para un oínte representativo. E o horario 2S mostra os datos brutos (círculos) e o modelo NMLE axustado (liñas) de todos os oíntes.
Táboa 1
A táboa anterior mostra todos os parámetros NLME. Pódese ver que a lateralidade percibida aumentou co aumento da ITD, como esperaban os científicos. A medida que a intensidade do son diminuíu, a percepción cambiou cada vez máis cara á liña media (inserto no gráfico 2C).
Estas tendencias foron apoiadas polo modelo NLME, que mostrou efectos significativos da ITD e da intensidade do son no grao máximo de lateralidade, apoiando o modelo de diferenzas interhemisféricas.
Ademais, os limiares audiométricos medios para tons puros tiveron pouco efecto na lateralidade percibida. Pero a intensidade do son non afectou significativamente os indicadores das funcións psicométricas.
O obxectivo principal do segundo experimento foi determinar como cambiarían os resultados obtidos no experimento anterior ao ter en conta as características espectrais dos estímulos (sons). A necesidade de probar o ruído espectralmente plano a baixa intensidade do son é que as partes do espectro poden non ser audibles e isto pode afectar a determinación da dirección do son. En consecuencia, os resultados do primeiro experimento poden equivocarse co feito de que o ancho da parte audible do espectro pode diminuír coa diminución da intensidade do son.
Polo tanto, decidiuse realizar outro experimento, pero usando o revés Ponderación A* ruído
Pesaxe A* aplicada aos niveis sonoros para ter en conta a sonoridade relativa percibida polo oído humano, xa que o oído é menos sensible ás baixas frecuencias sonoras. A ponderación A realízase engadindo aritmeticamente unha táboa de valores listados en bandas de oitava aos niveis de presión sonora medidos en dB.
No gráfico 2D mostra os datos brutos (círculos) e os datos adaptados ao modelo NMLE (liñas) de todos os participantes no experimento.
A análise dos datos mostrou que cando todas as partes do son son aproximadamente igualmente audibles (tanto no primeiro como no segundo ensaio), a lateralidade percibida e a inclinación no gráfico que explica o cambio de lateralidade con ITD diminúen coa diminución da intensidade do son.
Así, os resultados do segundo experimento confirmaron os resultados do primeiro. É dicir, na práctica demostrouse que o modelo proposto alá por 1948 por Jeffress non é correcto.
Resulta que a localización do son empeora a medida que diminúe a intensidade do son, e Jeffress cría que os sons son percibidos e procesados polos humanos do mesmo xeito, independentemente da súa intensidade.
Para un coñecemento máis detallado dos matices do estudo, recoméndolle ollar .
Epílogo
As hipóteses teóricas e os experimentos prácticos que as confirman demostraron que as neuronas cerebrais dos mamíferos actívanse a diferentes velocidades dependendo da dirección do sinal sonoro. A continuación, o cerebro compara estas velocidades entre todas as neuronas implicadas no proceso para construír de forma dinámica un mapa do ambiente sonoro.
O modelo de Jeffresson en realidade non está 100% incorrecto, xa que se pode usar para describir perfectamente a localización da fonte de son nos percebeiros. Si, para os percebeiros non importa a intensidade do son; en todo caso, eles determinarán a posición da súa orixe. Non obstante, este modelo non funciona con monos rhesus, como demostraron experimentos anteriores. Polo tanto, este modelo de Jeffresson non pode describir a localización dos sons para todos os seres vivos.
Os experimentos con participantes humanos confirmaron unha vez máis que a localización do son ocorre de forma diferente en diferentes organismos. Moitos dos participantes non puideron determinar correctamente a posición da fonte dos sinais sonoros debido á baixa intensidade dos sons.
Os científicos cren que o seu traballo amosa certas semellanzas entre como vemos e como escoitamos. Ambos procesos están asociados á velocidade das neuronas en diferentes partes do cerebro, así como á valoración desta diferenza para determinar tanto a posición dos obxectos que vemos no espazo como a posición da fonte do son que escoitamos.
No futuro, os investigadores realizarán unha serie de experimentos para examinar con máis detalle a conexión entre o oído humano e a visión, o que nos permitirá comprender mellor como exactamente o noso cerebro constrúe dinámicamente un mapa do mundo que nos rodea.
Grazas pola vosa atención, manteña a curiosidade e que teñades unha boa semana a todos! 🙂
Grazas por estar connosco. Gústanche os nosos artigos? Queres ver máis contido interesante? Apóyanos facendo un pedido ou recomendando a amigos, , Desconto do 30 % para os usuarios de Habr nun análogo único de servidores de nivel de entrada, que inventamos nós para ti: (dispoñible con RAID1 e RAID10, ata 24 núcleos e ata 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 veces máis barato? Só aquí nos Países Baixos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - desde $ 99! Ler sobre
Fonte: www.habr.com