{"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\/it\/blog\/novosti-interneta\/lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov","title":{"rendered":"Localizzazione dei suoni: come il cervello riconosce le fonti sonore","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Localizzazione
\n
\nIl mondo che ci circonda \u00e8 pieno di informazioni di ogni tipo, che il nostro cervello elabora continuamente. Riceve queste informazioni attraverso i sensi, ognuno dei quali \u00e8 responsabile della propria porzione di segnali: gli occhi (vista), la lingua (gusto), il naso (olfatto), la pelle (tatto), il sistema vestibolare (equilibrio, posizione nello spazio e sensazione di peso) e le orecchie (suono). Mettendo insieme i segnali di tutti questi organi, il nostro cervello pu\u00f2 costruire un'immagine accurata dell'ambiente circostante. Tuttavia, non conosciamo tutti gli aspetti dell'elaborazione dei segnali esterni. Uno di questi misteri \u00e8 il meccanismo di localizzazione delle sorgenti sonore.<\/p>\n

Gli scienziati del Laboratorio di neuroingegneria del linguaggio e dell'udito (Istituto tecnologico del New Jersey) hanno proposto un nuovo modello del processo neurale di localizzazione del suono. Quali processi avvengono nel cervello durante la percezione del suono, come il nostro cervello comprende la posizione della sorgente sonora e come questa ricerca possa aiutare a combattere i difetti uditivi. Scopriremo tutto ci\u00f2 dal rapporto del gruppo di ricerca. Iniziamo.<\/a><\/noindex><\/p>\n

La base della ricerca<\/h3>\n

\nLe informazioni che il nostro cervello riceve dagli organi di senso differiscono tra loro sia per fonte che per elaborazione. Alcuni segnali vengono percepiti immediatamente dal nostro cervello come informazioni precise, mentre altri richiedono ulteriori processi computazionali. In parole semplici, possiamo percepire immediatamente un tocco, ma quando sentiamo un suono, dobbiamo prima capire da dove proviene. <\/p>\n

La base per la localizzazione dei suoni nel piano orizzontale \u00e8 data dalla differenza interaurale*<\/i> nel tempo (ITD da interaural time difference<\/i>) dei suoni che raggiungono le orecchie dell'ascoltatore.<\/p>\n

La base interaurale*<\/b> \u00e8 la distanza tra le orecchie.<\/p><\/blockquote>\n

Nel cervello esiste una specifica area (oliva superiore mediale o MVO) responsabile di questo processo. Quando un segnale sonoro viene ricevuto, nel MVO avviene la trasformazione delle differenze interaurali nel tempo in velocit\u00e0 di reazione dei neuroni. La forma delle curve di velocit\u00e0 del segnale in uscita dal MVO in funzione dell'ITD ricorda la funzione di correlazione incrociata dei segnali in ingresso per ciascun orecchio.<\/p>\n

La modalit\u00e0 in cui le informazioni vengono elaborate e interpretate nel sistema MVO rimane poco chiara, portando all'esistenza di diverse teorie piuttosto contrastanti. La teoria pi\u00f9 nota e, di fatto, classica sulla localizzazione del suono \u00e8 il modello di Jeffress (Lloyd A. Jeffress<\/i>). Essa si basa su una linea marcata*<\/i> di neuroni-detectotore, sensibili alla sincronia binaurale dei segnali neurali provenienti da ciascun orecchio, con ogni neurone che \u00e8 massimamente sensibile a una certa misura di ITD (1A<\/b>).<\/p>\n

Il principio della linea marcata*<\/b> \u00e8 un'ipotesi che spiega come diversi nervi, tutti i quali utilizzano gli stessi principi fisiologici per trasmettere impulsi lungo i propri assoni, possano generare sensazioni diverse. Nervi strutturalmente simili possono generare percezioni sensoriali diverse se collegati a neuroni unici nel sistema nervoso centrale, capaci di decodificare segnali nervosi simili in vari modi.<\/p><\/blockquote>\n

\n\"Localizzazione
\n Immagine n. 1<\/i><\/p>\n

Questo modello, dal punto di vista computazionale, \u00e8 simile alla codifica neurale basata su correlate reciproche illimitate dei suoni che raggiungono entrambe le orecchie. <\/p>\n

Esiste anche un modello che suggerisce che la localizzazione del suono pu\u00f2 essere simulata sulla base delle differenze nella velocit\u00e0 di reazione di determinate popolazioni di neuroni nei diversi emisferi cerebrali, ovvero il modello di asimmetria interemisferica (1B<\/b>).<\/p>\n

Fino ad ora, \u00e8 stato difficile affermare con certezza quale delle due teorie (modelli) sia corretta, dato che ciascuna di esse prevede dipendenze diverse nella localizzazione del suono in relazione all'intensit\u00e0 del suono. <\/p>\n

Nello studio che analizziamo oggi, i ricercatori hanno deciso di combinare entrambi i modelli per capire se la percezione dei suoni si basa sul codice neurale o sulla differenza di reazione delle singole popolazioni neurali. Sono stati condotti diversi esperimenti con partecipanti di et\u00e0 compresa fra 18 e 27 anni (5 donne e 7 uomini). L'audiometria (misurazione dell'acutezza uditiva) dei partecipanti era di 25 dB o superiore a una frequenza compresa tra 250 e 8000 Hz. I partecipanti agli esperimenti erano collocati in una stanza insonorizzata, dotata di attrezzature speciali calibrate con alta precisione. Quando sentivano un segnale acustico, dovevano indicare la direzione da cui proveniva.<\/p>\n

Risultati della ricerca<\/h3>\n

\nPer valutare la dipendenza della lateralizzazione*<\/i> dell'attivit\u00e0 cerebrale dall'intensit\u00e0 del suono in risposta ai neuroni etichettati, sono stati utilizzati dati sulla velocit\u00e0 di reazione dei neuroni nel nucleo laminare del cervello della civetta.<\/p>\n

Lateralit\u00e0*<\/b> \u2014 asimmetria della parte sinistra e destra del corpo.<\/p><\/blockquote>\n

Per valutare la dipendenza della lateralizzazione dell'attivit\u00e0 cerebrale dalla velocit\u00e0 di reazione di determinate popolazioni di neuroni, sono stati utilizzati i dati sull'attivit\u00e0 del corpo genicolato inferiore del macaco rhesus, dopodich\u00e9 sono state calcolate le differenze nella velocit\u00e0 dei neuroni provenienti dai diversi emisferi.<\/p>\n

Il modello della linea marcata dei neuroni-detectori suggerisce che, con la diminuzione dell'intensit\u00e0 del suono, la lateralit\u00e0 della sorgente percepita tender\u00e0 a convergere verso valori medi simili per l'output di suoni silenziosi e forti (1C<\/b>).<\/p>\n

Il modello di asimmetria interemisferica, d'altra parte, suggerisce che, con la diminuzione dell'intensit\u00e0 del suono fino a valori prossimi alla soglia, la lateralit\u00e0 percepita si sposter\u00e0 verso la linea mediana (1D<\/b>).<\/p>\n

Con un'intensit\u00e0 sonora complessiva pi\u00f9 elevata, si presuppone che la lateralizzazione rimanga invariabile rispetto all'intensit\u00e0 (inserimenti su 1C<\/b> e 1D<\/b>).<\/p>\n

Pertanto, l'analisi di come l'intensit\u00e0 del suono influisca sulla direzione percepita del suono permette di determinare con precisione la natura dei processi in corso in quel momento: neuroni appartenenti a una singola area comune o neuroni provenienti da diversi emisferi.<\/p>\n

\u00c8 evidente che la capacit\u00e0 umana di distinguere l'ITD pu\u00f2 variare a seconda dell'intensit\u00e0 del suono. Tuttavia, gli scienziati affermano che \u00e8 piuttosto difficile interpretare le conclusioni precedenti che collegano la sensibilit\u00e0 all'ITD e la valutazione da parte dell'ascoltatore della direzione della sorgente sonora come funzione dell'intensit\u00e0 del suono. Alcuni studi suggeriscono che al raggiungimento dell'intensit\u00e0 sonora al limite della soglia, diminuisce la percezione della lateralit\u00e0 della sorgente. Altri studi, invece, affermano che non ci sia affatto un'influenza dell'intensit\u00e0 sulla percezione.<\/p>\n

In altre parole, gli scienziati \u00absottolineano\u00bb che nella letteratura ci sono poche informazioni riguardanti il legame tra ITD, intensit\u00e0 del suono e determinazione della direzione della sorgente. Esistono teorie che fungono da sorta di assiomi, comunemente accettati dalla comunit\u00e0 scientifica. Pertanto, \u00e8 stata presa la decisione di esaminare in dettaglio tutte le teorie, i modelli e i possibili meccanismi di percezione uditiva in pratica.<\/p>\n

Il primo esperimento \u00e8 stato condotto utilizzando la paradossi psicofisica, permettendo di studiare la lateralizzazione in base all'ITD come funzione dell'intensit\u00e0 del suono in un gruppo di dieci partecipanti con udito normale.<\/p>\n

\"Localizzazione
\nImmagine n. 2<\/i><\/p>\n

Le sorgenti sonore sono state specificamente sintonizzate per coprire gran parte della gamma di frequenze in cui le persone sono in grado di riconoscere l'ITD, cio\u00e8 da 300 a 1200 Hz (2A<\/b>).<\/p>\n

In ciascun esperimento, l'ascoltatore doveva indicare la lateralit\u00e0 prevista, misurata come funzione del livello di percezione, nell'intervallo di valori ITD da 375 a 375 ms. Per determinare l'influenza sull'intensit\u00e0 del suono, \u00e8 stato utilizzato un modello non lineare a effetti misti (NMLE), che includeva sia un'intensit\u00e0 di suono fissa che casuale.<\/p>\n

Il grafico 2B<\/b> dimostra la lateralizzazione stimata con rumore spettrale piatto a due intensit\u00e0 del suono per un ascoltatore rappresentativo. E il grafico 2C<\/b> mostra i dati grezzi (cerchi) e i dati adattati al modello NMLE (linee) di tutti gli ascoltatori.<\/p>\n

\"Localizzazione
\nTabella n. 1<\/i><\/p>\n

La tabella sopra mostra tutte le variabili NLME. \u00c8 evidente che la lateralit\u00e0 percepita aumentava con l'aumentare dell'ITD, come previsto dagli scienziati. Con la diminuzione dell'intensit\u00e0 del suono, la percezione si spostava sempre di pi\u00f9 verso la linea mediana (inserimento nel grafico. 2C<\/b>).<\/p>\n

Questi trend sono stati supportati dal modello NLME, che ha mostrato un'influenza significativa dell'ITD e dell'intensit\u00e0 del suono sul massimo grado di lateralit\u00e0, confermando il modello delle differenze interemisferiche.<\/p>\n

Inoltre, c'era un'influenza marginale sulla lateralit\u00e0 percepita derivante dalle soglie audiometriche medie dei toni puri. Tuttavia, l'intensit\u00e0 del suono non influenzava significativamente le misure delle funzioni psicometriche.<\/p>\n

L'obiettivo principale del secondo esperimento era determinare come i risultati ottenuti nel precedente esperimento cambiassero considerando le caratteristiche spettrali degli stimoli (suoni). La necessit\u00e0 di verificare il rumore spettralmente piatto a bassa intensit\u00e0 sonora deriva dal fatto che alcune parti dello spettro potrebbero non essere udibili, e ci\u00f2 potrebbe influenzare la determinazione della direzione del suono. Pertanto, i risultati del primo esperimento potrebbero erroneamente confermare che la larghezza della parte udibile dello spettro pu\u00f2 diminuire con la riduzione dell'intensit\u00e0 del suono. <\/p>\n

Perci\u00f2 si \u00e8 deciso di condurre un ulteriore esperimento, ma gi\u00e0 utilizzando i rumori A-pesati*.<\/i> .<\/p>\n

La ponderazione A*<\/b> viene applicata ai livelli sonori per tenere conto del volume relativo percepito dall'orecchio umano, poich\u00e9 l'orecchio \u00e8 meno sensibile alle basse frequenze sonore. La ponderazione A viene realizzata mediante l'aggiunta aritmetica di una tabella di valori, elencati nelle bande ottave, ai livelli di pressione sonora misurati in dB.<\/p><\/blockquote>\n

Nel grafico 2D<\/b> Mostrati i dati non elaborati (cerchi) e i dati adattati al modello NMLE (linee) di tutti i partecipanti all'esperimento. <\/p>\n

L'analisi dei dati ha mostrato che quando tutte le parti del suono sono percepite pi\u00f9 o meno allo stesso modo (sia nel primo che nel secondo esperimento), la lateralit\u00e0 percepita e l'inclinazione nel grafico che spiega la variazione della lateralit\u00e0 con l'ITD diminuiscono al diminuire dell'intensit\u00e0 del suono.<\/p>\n

Pertanto, i risultati del secondo esperimento hanno confermato quelli del primo. In altre parole, \u00e8 stato dimostrato in pratica che il modello proposto da Jeffress nel 1948 non \u00e8 corretto.<\/p>\n

Ne consegue che la localizzazione dei suoni peggiora al diminuire dell'intensit\u00e0 del suono, mentre Jeffress credeva che i suoni fossero percepiti e elaborati dall'essere umano in modo uniforme, indipendentemente dalla loro intensit\u00e0. <\/p>\n

Per una comprensione pi\u00f9 dettagliata delle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a un rapporto degli scienziati<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Epilogo<\/h3>\n

\nLe ipotesi teoriche e le esperienze pratiche che le confermano hanno dimostrato che i neuroni del cervello dei mammiferi si attivano a velocit\u00e0 diverse a seconda della direzione del segnale sonoro. Successivamente, il cervello confronta queste velocit\u00e0 tra tutti i neuroni coinvolti nel processo per costruire dinamicamente una mappa dell'ambiente sonoro.<\/p>\n

Il modello di Jeffress non \u00e8 affatto errato al 100%, poich\u00e9 pu\u00f2 descrivere perfettamente la localizzazione della fonte sonora nei gufi. S\u00ec, per i gufi l'intensit\u00e0 del suono non ha importanza, poich\u00e9 riescono comunque a determinare la posizione della fonte. Tuttavia, questo modello non si applica alle scimmie rhesus, come hanno dimostrato esperimenti precedenti. Pertanto, il modello di Jeffress non pu\u00f2 descrivere la localizzazione dei suoni per tutti gli esseri viventi. <\/p>\n

Gli esperimenti condotti su esseri umani hanno ulteriormente confermato che la localizzazione dei suoni avviene in modo diverso tra i vari organismi. Molti partecipanti non sono stati in grado di determinare correttamente la posizione della fonte dei segnali sonori a causa della bassa intensit\u00e0 dei suoni. <\/p>\n

Gli studiosi ritengono che il loro lavoro mostri una certa somiglianza tra il modo in cui vediamo e come ascoltiamo. Entrambi i processi sono legati alla velocit\u00e0 dei neuroni in diverse aree del cervello, oltre che alla valutazione di questa differenza per determinare sia la posizione degli oggetti visibili nello spazio, sia la posizione della sorgente del suono udibile.<\/p>\n

In futuro, i ricercatori intendono svolgere una serie di esperimenti per esaminare in dettaglio il legame tra l'udito e la vista umana, il che permetter\u00e0 di comprendere meglio come il nostro cervello costruisce dinamicamente la mappa del mondo circostante.<\/p>\n

Grazie per l'attenzione, rimanete curiosi e buona settimana lavorativa a tutti, ragazzi! \ud83d\ude42<\/p>\n

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

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