Бізді қоршаған әлем миымыз үздіксіз өңдейтін ақпараттың барлық түріне толы. Ол бұл ақпаратты сезім мүшелері арқылы алады, олардың әрқайсысы сигналдардың үлесіне жауап береді: көз (көру), тіл (дәм), мұрын (иіс), тері (сесу), вестибулярлық аппарат (тепе-теңдік, кеңістіктегі жағдай және сезім сезімі). салмағы) және құлақ (дыбыс). Осы мүшелердің сигналдарын біріктіру арқылы біздің миымыз қоршаған ортаның нақты бейнесін құра алады. Бірақ сыртқы сигналдарды өңдеудің барлық аспектілері бізге белгілі емес. Осы құпиялардың бірі - дыбыстар көзін локализациялау механизмі.
Сөйлеу және есту нейроинженериясы зертханасының (Нью-Джерси технологиялық институты) ғалымдары дыбысты локализациялаудың нейрондық процесінің жаңа моделін ұсынды. Дыбысты қабылдау кезінде мида қандай нақты процестер жүреді, біздің миымыз дыбыс көзінің орнын қалай түсінеді және бұл зерттеу есту ақауларымен күресуге қалай көмектесе алады. Бұл туралы зерттеу тобының баяндамасынан білеміз. Бар.
Зерттеу негізі
Біздің миымыз сезім мүшелерімізден алатын ақпарат көзі жағынан да, оны өңдеу жағынан да бір-бірінен ерекшеленеді. Кейбір сигналдар миымызға бірден дәл ақпарат ретінде көрінеді, ал басқалары қосымша есептеу процестерін қажет етеді. Дөрекі айтқанда, біз жанасуды бірден сезінеміз, бірақ дыбысты естігенде, оның қайдан шыққанын табу керек.
Дыбыстарды горизонталь жазықтықта локализациялаудың негізі болып табылады аралық* уақыт айырмашылығы (ITD бастап аралық уақыт айырмашылығы) тыңдаушының құлағына жеткен дыбыстар.
Аудармалық база* - құлақ арасындағы қашықтық.
Бұл процеске жауап беретін мидың белгілі бір аймағы (медиальды жоғары зәйтүн немесе MSO) бар. Қазіргі уақытта дыбыстық сигнал MVO-да қабылданады, интерауралды уақыт айырмашылығы нейрондардың реакция жылдамдығына айналады. ITD функциясы ретінде MBO шығыс жылдамдығы қисықтарының пішіні әрбір құлақ үшін кіріс сигналдарының кросс-корреляциялық функциясының пішініне ұқсайды.
МБО-да ақпараттың қалай өңделетіні және түсіндірілетіні толығымен анық емес, сондықтан бірнеше өте қарама-қайшы теориялар бар. Дыбыс локализациясының ең танымал және шын мәнінде классикалық теориясы Джеффресс моделі (Ллойд А. Джеффресс). Ол негізделген белгіленген сызық* детекторлық нейрондар, олар әр құлақтан келетін нейрондық кірістердің бинауральды синхрониясына сезімтал, әрбір нейрон ITD белгілі бір мөлшеріне барынша сезімтал болады (1A).
Белгіленген сызық принципі* аксондары бойымен импульстарды беруде бірдей физиологиялық принциптерді пайдаланатын әртүрлі нервтердің әртүрлі сезім тудыруы мүмкін екенін түсіндіретін гипотеза. Құрылымдық жағынан ұқсас нервтер орталық жүйке жүйесіндегі ұқсас жүйке сигналдарын әртүрлі тәсілдермен декодтауға қабілетті бірегей нейрондарға қосылған болса, әртүрлі сенсорлық қабылдауды тудыруы мүмкін.
№1 сурет
Бұл модель екі құлаққа да жететін дыбыстардың шектеусіз кросс-корреляциясына негізделген нейрондық кодтауға есептеу тұрғысынан ұқсас.
Сондай-ақ, дыбысты локализацияны мидың әртүрлі жарты шарларындағы нейрондардың белгілі популяцияларының жауап беру жылдамдығындағы айырмашылықтар негізінде модельдеуге болатынын болжайтын модель бар, яғни. жарты шараралық асимметрия моделі (1B).
Осы уақытқа дейін екі теорияның (модельдердің) қайсысы дұрыс екенін біржақты айту қиын болды, өйткені олардың әрқайсысы дыбыс локализациясының дыбыс қарқындылығына әртүрлі тәуелділігін болжайды.
Біз бүгін қарастырып жатқан зерттеуде зерттеушілер дыбыстарды қабылдау нейрондық кодтауға негізделгенін немесе жеке нейрондық популяциялардың реакциясындағы айырмашылықтарды түсіну үшін екі модельді біріктіруді шешті. 18 бен 27 жас аралығындағы адамдар (5 әйел және 7 ер) қатысқан бірнеше эксперименттер жүргізілді. Қатысушылар аудиометриясы (есту өткірлігін өлшеу) 25 және 250 Гц арасында 8000 дБ немесе одан жоғары болды. Тәжірибелерге қатысушы дыбыс өткізбейтін бөлмеге орналастырылды, онда арнайы жабдық орналастырылған, жоғары дәлдікпен калибрленген. Қатысушылар дыбыстық сигналды естігеннен кейін оның қай жақтан келгенін көрсетуі керек еді.
Зерттеу нәтижелері
Тәуелділікті бағалау латерализация* таңбаланған нейрондарға жауап ретінде дыбыс қарқындылығынан мидың белсенділігі, үкі миының ламинарлы ядросындағы нейрондардың реакция жылдамдығы туралы деректер пайдаланылды.
Бүйірлік* - дененің сол және оң жартысының асимметриясы.
Ми белсенділігінің латерализациясының нейрондардың кейбір популяцияларының реакция жылдамдығына тәуелділігін бағалау үшін резус маймылының миының төменгі колликуласының белсенділігінен алынған деректер пайдаланылды, содан кейін әртүрлі жарты шарлардағы нейрондардың жылдамдығындағы айырмашылықтар қосымша есептелді. .
Детекторлық нейрондардың белгіленген сызықтық моделі дыбыс қарқындылығы азайған сайын, қабылданатын көздің бүйірлігі жұмсақ және қатты дыбыстардың қатынасына ұқсас орташа мәндерге жақындайтынын болжайды.1С).
Жарты шарлық асимметрия моделі, өз кезегінде, дыбыс қарқындылығы шекті деңгейге дейін азайған сайын, қабылданатын бүйірлік ортаңғы сызыққа қарай жылжиды (1D).
Жоғары жалпы дыбыс қарқындылығында латерализация интенсивтіліктің инварианты болады деп күтілуде. 1С и 1D).
Сондықтан дыбыс қарқындылығының дыбыстың қабылданатын бағытына қалай әсер ететінін талдау сол сәтте болып жатқан процестердің табиғатын дәл анықтауға мүмкіндік береді - бір жалпы аймақтағы нейрондар немесе әртүрлі жарты шарлардағы нейрондар.
Әлбетте, адамның ITD дискриминациялау қабілеті дыбыс қарқындылығына байланысты өзгеруі мүмкін. Дегенмен, ғалымдардың айтуынша, ITD-ге сезімталдық пен тыңдаушылардың дыбыс көзі бағытын дыбыс қарқындылығының функциясы ретінде пайымдайтын алдыңғы нәтижелерді түсіндіру қиын. Кейбір зерттеулер дыбыс қарқындылығы шекара шегіне жеткенде, көздің қабылданатын бүйірлік деңгейі төмендейтінін айтады. Басқа зерттеулер интенсивтіліктің қабылдауға әсері мүлдем жоқ екенін көрсетеді.
Басқаша айтқанда, ғалымдар әдебиетте ITD, дыбыс қарқындылығы және оның көзінің бағытын анықтау арасындағы байланыс туралы аз ақпарат бар екенін «жұмсақ» меңзеп отыр. Ғылыми қауымдастықпен жалпы қабылданған аксиомалардың бір түрі ретінде өмір сүретін теориялар бар. Сондықтан тәжірибеде естуді қабылдаудың барлық теорияларын, модельдерін және мүмкін механизмдерін егжей-тегжейлі тексеру туралы шешім қабылданды.
Бірінші эксперимент он қалыпты есту қатысушыларының тобында дыбыс қарқындылығының функциясы ретінде ITD негізіндегі латерализацияны зерттеуге мүмкіндік беретін психофизикалық парадигмаға негізделген.
№2 сурет
Дыбыс көздері адамдар ITD анықтай алатын жиілік диапазонының көпшілігін қамту үшін арнайы реттелген, яғни. 300-ден 1200 Гц-ке дейін (2A).
Әрбір сынақта тыңдаушы 375-тен 375 мс-ге дейінгі ITD мәндерінің диапазонында сезім деңгейінің функциясы ретінде өлшенетін қабылданатын латералдылықты көрсетуі керек болды. Дыбыс қарқындылығының әсерін анықтау үшін тіркелген және кездейсоқ дыбыс қарқындылығын қамтитын сызықтық емес аралас әсерлер моделі (NMLE) пайдаланылды.
Графика 2B өкіл тыңдаушы үшін екі дыбыс қарқындылығында спектралды тегіс шумен болжалды латерализацияны көрсетеді. Және кесте 2С барлық тыңдаушылардың бастапқы деректерін (шеңберлерін) және бекітілген NMLE үлгісін (сызықтарын) көрсетеді.
No1 кесте
Жоғарыдағы кестеде барлық NLME параметрлері көрсетілген. Ғалымдар күткендей, қабылданатын бүйірлік ITD жоғарылаған сайын артқанын көруге болады. Дыбыс қарқындылығы азайған сайын қабылдау ортаңғы сызыққа қарай көбірек жылжиды (графиктегі кірістірілген). 2C).
Бұл тенденцияларды NLME моделі қолдады, ол ITD және дыбыс қарқындылығының максималды бүйірлік дәрежесіне елеулі әсерін көрсетті, жарты шараралық айырмашылықтар моделін қолдады.
Сонымен қатар, таза тондар үшін орташа аудиометриялық шектер қабылданған латеральдылыққа аз әсер етті. Бірақ дыбыс қарқындылығы психометриялық функциялардың көрсеткіштеріне айтарлықтай әсер еткен жоқ.
Екінші тәжірибенің негізгі мақсаты тітіркендіргіштердің (дыбыстардың) спектрлік ерекшеліктерін ескере отырып, алдыңғы тәжірибеде алынған нәтижелердің қалай өзгеретінін анықтау болды. Төмен дыбыс қарқындылығында спектрлік тегіс шуды сынау қажеттілігі спектрдің бөліктері естілмейтін болуы мүмкін және бұл дыбыс бағытын анықтауға әсер етуі мүмкін. Демек, бірінші тәжірибенің нәтижелерін дыбыс қарқындылығының төмендеуімен спектрдің естілетін бөлігінің ені азаюы мүмкін деп қате қателесуге болады.
Сондықтан, тағы бір эксперимент жүргізу туралы шешім қабылданды, бірақ керісінше A-салмақталған* шу
A-салмақ өлшеу* адам құлағы қабылдайтын салыстырмалы қаттылықты есепке алу үшін дыбыс деңгейлеріне қолданылады, өйткені құлақ төмен дыбыс жиіліктеріне сезімтал емес. A-салмақтау октавалық жолақтарда көрсетілген мәндер кестесін дБ-дегі өлшенген дыбыс қысымының деңгейлеріне арифметикалық қосу арқылы жүзеге асырылады.
Диаграммада 2D эксперименттің барлық қатысушыларының бастапқы деректерін (шеңберлерін) және NMLE үлгісімен бекітілген деректерін (сызықтарын) көрсетеді.
Деректерді талдау дыбыстың барлық бөліктері шамамен бірдей естілген кезде (бірінші де, екінші сынақта да) қабылданатын бүйірлік және ITD-мен бүйірлік өзгерісін түсіндіретін графиктегі көлбеу дыбыс қарқындылығының төмендеуімен төмендейтінін көрсетті.
Осылайша, екінші тәжірибенің нәтижесі біріншінің нәтижесін растады. Яғни, 1948 жылы Джеффресс ұсынған модельдің дұрыс емес екені іс жүзінде дәлелденді.
Дыбыс интенсивтілігі азайған сайын дыбыс локализациясы нашарлайды, ал Джеффрес дыбыстарды адам қарқындылығына қарамастан бірдей қабылдайды және өңдейді деп есептеген.
Зерттеудің нюанстарымен толығырақ танысу үшін мен қарауды ұсынамын .
Эпилогия
Теориялық болжамдар мен оларды растайтын практикалық тәжірибелер сүтқоректілердің ми нейрондары дыбыс сигналының бағытына байланысты әртүрлі жылдамдықпен белсендірілетінін көрсетті. Содан кейін ми дыбыстық ортаның картасын динамикалық түрде құру үшін процеске қатысатын барлық нейрондар арасында осы жылдамдықтарды салыстырады.
Джеффрессонның моделі шын мәнінде 100% қате емес, өйткені ол үкілердегі дыбыс көзінің локализациясын тамаша сипаттау үшін пайдаланылуы мүмкін. Иә, үкілер үшін дыбыстың қарқындылығы маңызды емес, кез келген жағдайда олар оның көзінің орнын анықтайды. Дегенмен, бұл модель резус маймылдарымен жұмыс істемейді, мұны алдыңғы тәжірибелер көрсетті. Сондықтан бұл Джеффрессон моделі барлық тірі заттар үшін дыбыстардың локализациясын сипаттай алмайды.
Адамның қатысушыларымен жүргізілген эксперименттер дыбысты локализацияның әртүрлі ағзаларда әртүрлі болатынын тағы бір рет растады. Қатысушылардың көпшілігі дыбыстардың интенсивтілігі төмен болғандықтан дыбыстық сигналдар көзінің орнын дұрыс анықтай алмады.
Ғалымдардың пайымдауынша, олардың жұмысы біздің көру және естуіміз арасындағы белгілі бір ұқсастықтарды көрсетеді. Екі процесс де мидың әртүрлі бөліктеріндегі нейрондардың жылдамдығымен, сондай-ақ ғарышта көретін объектілердің орнын да, біз естіген дыбыс көзінің орнын да анықтау үшін осы айырмашылықты бағалаумен байланысты.
Болашақта зерттеушілер адамның есту қабілеті мен көру қабілетінің байланысын егжей-тегжейлі зерттеу үшін бірқатар эксперименттер жүргізбекші, бұл біздің миымыз қоршаған әлем картасын қалай динамикалық түрде құрастыратынын жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді.
Назарларыңызға рахмет, қызықты болыңыз және баршаңызға жақсы апта болсын! 🙂
Бізбен бірге болғандарыңызға рахмет. Сізге біздің мақалалар ұнайды ма? Қызықты мазмұнды көргіңіз келе ме? Тапсырыс беру немесе достарыңызға ұсыну арқылы бізге қолдау көрсетіңіз, , Habr пайдаланушылары үшін біз сіз үшін ойлап тапқан бастапқы деңгейдегі серверлердің бірегей аналогына 30% жеңілдік: (RAID1 және RAID10, 24 ядроға дейін және 40 ГБ DDR4 дейін қол жетімді).
Dell R730xd 2 есе арзан ба? Тек осында Нидерландыда! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 ГГц 6C 128 ГБ DDR3 2x960 ГБ SSD 1 Гбит/с 100 ТБ - 99 доллардан бастап! туралы оқыңыз
Ақпарат көзі: www.habr.com