Dunia di sekeliling kita dipenuhi dengan semua jenis maklumat yang otak kita terus memproses. Dia menerima maklumat ini melalui organ deria, yang masing-masing bertanggungjawab untuk bahagian isyaratnya: mata (penglihatan), lidah (rasa), hidung (bau), kulit (sentuhan), alat vestibular (keseimbangan, kedudukan dalam ruang dan deria rasa). berat) dan telinga (bunyi). Dengan menggabungkan isyarat daripada semua organ ini, otak kita boleh membina gambaran yang tepat tentang persekitaran kita. Tetapi tidak semua aspek pemprosesan isyarat luaran diketahui oleh kami. Salah satu rahsia ini ialah mekanisme untuk menyetempatkan sumber bunyi.
Para saintis dari Makmal Neuroengineering Pertuturan dan Pendengaran (Institut Teknologi New Jersey) telah mencadangkan model baharu proses neural penyetempatan bunyi. Apakah proses tepat yang berlaku di dalam otak semasa persepsi bunyi, bagaimana otak kita memahami kedudukan sumber bunyi, dan bagaimana penyelidikan ini boleh membantu dalam memerangi kecacatan pendengaran. Kami belajar tentang ini daripada laporan kumpulan penyelidik. Pergi.
Asas penyelidikan
Maklumat yang otak kita terima daripada deria kita berbeza antara satu sama lain, baik dari segi sumbernya mahupun dari segi pemprosesannya. Sesetengah isyarat segera muncul ke otak kita sebagai maklumat yang tepat, manakala yang lain memerlukan proses pengiraan tambahan. Secara kasarnya, kita merasakan sentuhan serta-merta, tetapi apabila kita mendengar bunyi, kita masih perlu mencari dari mana ia datang.
Asas untuk menyetempatkan bunyi dalam satah mengufuk ialah interaural* perbezaan masa (ITD dari perbezaan masa interaural) bunyi sampai ke telinga pendengar.
Pangkalan Interaural* - jarak antara telinga.
Terdapat kawasan tertentu di dalam otak (zaitun unggul medial atau MSO) yang bertanggungjawab untuk proses ini. Pada masa ini isyarat bunyi diterima dalam MVO, perbezaan masa interaural ditukar kepada kadar tindak balas neuron. Bentuk lengkung halaju keluaran MBO sebagai fungsi ITD menyerupai bentuk fungsi korelasi silang isyarat input bagi setiap telinga.
Bagaimana maklumat diproses dan ditafsirkan dalam MBO masih belum jelas sepenuhnya, itulah sebabnya terdapat beberapa teori yang sangat bercanggah. Teori penyetempatan bunyi yang paling terkenal dan sebenarnya klasik ialah model Jeffress (Lloyd A. Jeffrey). Ia berdasarkan garis bertanda* neuron pengesan yang sensitif kepada penyegerakan binaural input saraf dari setiap telinga, dengan setiap neuron sensitif secara maksimum kepada sejumlah ITD (1A).
Prinsip garis bertanda* ialah hipotesis yang menerangkan bagaimana saraf yang berbeza, yang semuanya menggunakan prinsip fisiologi yang sama dalam menghantar impuls di sepanjang aksonnya, mampu menjana sensasi yang berbeza. Saraf yang serupa secara struktur boleh menghasilkan persepsi deria yang berbeza jika ia disambungkan kepada neuron unik dalam sistem saraf pusat yang mampu menyahkod isyarat saraf yang serupa dengan cara yang berbeza.
Imej #1
Model ini secara pengiraan serupa dengan pengekodan saraf, berdasarkan korelasi silang bunyi yang tidak terkawal yang sampai ke kedua-dua telinga.
Terdapat juga model yang mencadangkan bahawa penyetempatan bunyi boleh dimodelkan berdasarkan perbezaan kelajuan tindak balas populasi neuron tertentu dari hemisfera otak yang berbeza, i.e. model asimetri antara hemisfera (1V).
Sehingga kini, sukar untuk menyatakan dengan jelas yang mana antara kedua-dua teori (model) yang betul, memandangkan setiap daripada mereka meramalkan pergantungan yang berbeza bagi penyetempatan bunyi pada keamatan bunyi.
Dalam kajian yang sedang kita lihat hari ini, para penyelidik memutuskan untuk menggabungkan kedua-dua model untuk memahami sama ada persepsi bunyi adalah berdasarkan pengekodan saraf atau perbezaan dalam tindak balas populasi saraf individu. Beberapa eksperimen telah dijalankan di mana orang berumur 18 hingga 27 tahun (5 wanita dan 7 lelaki) mengambil bahagian. Audiometri peserta (pengukuran ketajaman pendengaran) adalah 25 dB atau lebih tinggi antara 250 dan 8000 Hz. Peserta dalam eksperimen diletakkan di dalam bilik kalis bunyi, di mana peralatan khas diletakkan, ditentukur dengan ketepatan yang tinggi. Peserta terpaksa, apabila mendengar isyarat bunyi, menunjukkan arah dari mana ia datang.
Hasil penyelidikan
Untuk menilai pergantungan penglateralan* aktiviti otak daripada keamatan bunyi sebagai tindak balas kepada neuron berlabel, data mengenai kelajuan tindak balas neuron dalam nukleus lamina otak burung hantu barn digunakan.
Lateraliti* - asimetri bahagian kiri dan kanan badan.
Untuk menilai pergantungan pelateralisasi aktiviti otak pada kelajuan tindak balas populasi neuron tertentu, data daripada aktiviti colliculus inferior otak monyet rhesus digunakan, selepas itu perbezaan kelajuan neuron dari hemisfera yang berbeza dikira sebagai tambahan. .
Model garis yang ditanda bagi neuron pengesan meramalkan bahawa apabila keamatan bunyi berkurangan, sisian sumber yang dirasakan akan menumpu kepada nilai min yang serupa dengan nisbah bunyi lembut kepada kuat (1S).
Model asimetri hemisfera pula menunjukkan bahawa apabila keamatan bunyi berkurangan kepada paras ambang yang hampir, kesan sisian akan beralih ke arah garis tengah (1D).
Pada keamatan bunyi keseluruhan yang lebih tinggi, penglateralan dijangka tidak berubah keamatan (inset dalam 1S ΠΈ 1D).
Oleh itu, menganalisis bagaimana keamatan bunyi mempengaruhi arah bunyi yang dirasakan membolehkan kita menentukan dengan tepat sifat proses yang berlaku pada masa itu - neuron dari kawasan umum yang sama atau neuron dari hemisfera yang berbeza.
Jelas sekali, keupayaan seseorang untuk mendiskriminasi ITD mungkin berbeza-beza bergantung pada keamatan bunyi. Walau bagaimanapun, para saintis mengatakan adalah sukar untuk mentafsir penemuan sebelumnya yang mengaitkan kepekaan kepada ITD dan pertimbangan pendengar terhadap arah sumber bunyi sebagai fungsi keamatan bunyi. Sesetengah kajian mengatakan bahawa apabila keamatan bunyi mencapai ambang sempadan, kesan sisian sumber berkurangan. Kajian lain mencadangkan bahawa tiada kesan intensiti pada persepsi sama sekali.
Dalam erti kata lain, saintis "dengan lembut" membayangkan bahawa terdapat sedikit maklumat dalam kesusasteraan mengenai hubungan antara ITD, keamatan bunyi dan menentukan arah sumbernya. Terdapat teori yang wujud sebagai sejenis aksiom, yang diterima umum oleh komuniti saintifik. Oleh itu, ia telah memutuskan untuk menguji secara terperinci semua teori, model dan kemungkinan mekanisme persepsi pendengaran dalam amalan.
Eksperimen pertama adalah berdasarkan paradigma psikofizik yang membenarkan kajian pelateralisasi berasaskan ITD sebagai fungsi keamatan bunyi dalam kumpulan sepuluh peserta pendengaran biasa.
Imej #2
Sumber bunyi telah ditala secara khusus untuk meliputi sebahagian besar julat frekuensi di mana manusia dapat mengenali ITD, i.e. dari 300 hingga 1200 Hz (2A).
Pada setiap percubaan, pendengar perlu menunjukkan sisian yang dirasakan, diukur sebagai fungsi tahap sensasi, dalam julat nilai ITD dari 375 hingga 375 ms. Untuk menentukan kesan keamatan bunyi, model kesan campuran tak linear (NMLE) telah digunakan yang merangkumi kedua-dua keamatan bunyi tetap dan rawak.
Jadual 2V menunjukkan anggaran penglateralan dengan hingar spektrum rata pada dua keamatan bunyi untuk pendengar yang mewakili. Dan jadual 2S menunjukkan data mentah (bulatan) dan model NMLE yang dipasang (garisan) semua pendengar.
Jadual No. 1
Jadual di atas menunjukkan semua parameter NLME. Ia dapat dilihat bahawa kesan sisian meningkat dengan peningkatan ITD, seperti yang dijangkakan oleh saintis. Apabila keamatan bunyi berkurangan, persepsi semakin beralih ke arah garis tengah (inset dalam graf 2C).
Trend ini disokong oleh model NLME, yang menunjukkan kesan ketara ITD dan intensiti bunyi pada tahap sisian maksimum, menyokong model perbezaan antara hemisfera.
Di samping itu, min ambang audiometri untuk nada tulen mempunyai sedikit kesan ke atas kesan sisian. Tetapi keamatan bunyi tidak menjejaskan penunjuk fungsi psikometrik dengan ketara.
Matlamat utama eksperimen kedua adalah untuk menentukan bagaimana keputusan yang diperoleh dalam eksperimen sebelumnya akan berubah apabila mengambil kira ciri spektrum rangsangan (bunyi). Keperluan untuk menguji bunyi spektrum rata pada keamatan bunyi yang rendah ialah bahagian spektrum mungkin tidak boleh didengar dan ini boleh menjejaskan penentuan arah bunyi. Akibatnya, keputusan percubaan pertama boleh disalah anggap sebagai fakta bahawa lebar bahagian spektrum yang boleh didengar boleh berkurangan dengan penurunan intensiti bunyi.
Oleh itu, ia telah memutuskan untuk menjalankan satu lagi eksperimen, tetapi menggunakan sebaliknya berwajaran A* bunyi bising
A-timbang* digunakan pada tahap bunyi untuk mengambil kira kenyaringan relatif yang dirasakan oleh telinga manusia, kerana telinga kurang sensitif terhadap frekuensi bunyi yang rendah. Pemberat A dilaksanakan dengan menambahkan jadual nilai yang disenaraikan dalam jalur oktaf secara aritmetik kepada tahap tekanan bunyi yang diukur dalam dB.
Pada carta 2D menunjukkan data mentah (kalangan) dan data yang dipasang model NMLE (garisan) semua peserta dalam eksperimen.
Analisis data menunjukkan bahawa apabila semua bahagian bunyi hampir sama didengari (kedua-duanya dalam percubaan pertama dan kedua), kesan sisian dan cerun dalam graf menjelaskan perubahan sisian dengan penurunan ITD dengan keamatan bunyi yang berkurangan.
Oleh itu, keputusan eksperimen kedua mengesahkan keputusan yang pertama. Iaitu, dalam praktiknya telah ditunjukkan bahawa model yang dicadangkan pada tahun 1948 oleh Jeffress adalah tidak betul.
Ternyata penyetempatan bunyi bertambah buruk apabila keamatan bunyi berkurangan, dan Jeffress percaya bahawa bunyi dirasakan dan diproses oleh manusia dengan cara yang sama, tanpa mengira keamatannya.
Untuk kenalan yang lebih terperinci dengan nuansa kajian, saya cadangkan melihat .
Epilog
Andaian teori dan eksperimen praktikal yang mengesahkannya telah menunjukkan bahawa neuron otak dalam mamalia diaktifkan pada kadar yang berbeza bergantung pada arah isyarat bunyi. Otak kemudian membandingkan kelajuan ini antara semua neuron yang terlibat dalam proses untuk membina peta persekitaran bunyi secara dinamik.
Model Jeffresson sebenarnya tidak 100% salah, kerana ia boleh digunakan untuk menerangkan penyetempatan sumber bunyi dengan sempurna dalam burung hantu. Ya, untuk burung hantu kandang keamatan bunyi tidak penting; dalam apa jua keadaan, mereka akan menentukan kedudukan sumbernya. Walau bagaimanapun, model ini tidak berfungsi dengan monyet rhesus, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen sebelumnya. Oleh itu, model Jeffresson ini tidak dapat menggambarkan penyetempatan bunyi untuk semua benda hidup.
Eksperimen dengan peserta manusia sekali lagi mengesahkan bahawa penyetempatan bunyi berlaku secara berbeza dalam organisma yang berbeza. Ramai peserta tidak dapat menentukan dengan betul kedudukan sumber isyarat bunyi kerana keamatan bunyi yang rendah.
Para saintis percaya bahawa kerja mereka menunjukkan persamaan tertentu antara cara kita melihat dan cara kita mendengar. Kedua-dua proses dikaitkan dengan kelajuan neuron di bahagian otak yang berlainan, serta dengan penilaian perbezaan ini untuk menentukan kedua-dua kedudukan objek yang kita lihat di angkasa dan kedudukan sumber bunyi yang kita dengar.
Pada masa hadapan, para penyelidik akan menjalankan satu siri eksperimen untuk mengkaji dengan lebih terperinci kaitan antara pendengaran dan penglihatan manusia, yang akan membolehkan kita memahami dengan lebih baik bagaimana otak kita secara dinamik membina peta dunia di sekeliling kita.
Terima kasih atas perhatian anda, kekal ingin tahu dan selamat berhujung minggu semua! π
Terima kasih kerana tinggal bersama kami. Adakah anda suka artikel kami? Ingin melihat kandungan yang lebih menarik? Sokong kami dengan membuat pesanan atau mengesyorkan kepada rakan, , Diskaun 30% untuk pengguna Habr pada analog unik pelayan peringkat permulaan, yang kami cipta untuk anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, sehingga 24 teras dan sehingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya disini di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - daripada $99! Baca tentang
Sumber: www.habr.com