jak mozek lokalizuje zdroje zvuku?

mozek má úžasnou schopnost identifikovat zdroj zvuků kolem vás. Při jízdě můžete zjistit, odkud přijíždí blížící se hasičský vůz, a podle toho zastavit. V klasické bazénové hře “ Marco Polo, „hráč, který je“ to“, plave směrem k hráčům, kteří říkají “ Polo.“V oblasti neurověd se tato schopnost nazývá zvuková lokalizace. Lidé mohou lokalizovat zdroj zvuku s extrémní přesností (do 2 stupňů prostoru)! Tento pozoruhodný výkon je dosažen schopností mozku interpretovat informace z obou uší. Tak jak to dělá váš mozek?

neurovědci pracují na pochopení mechanismů lokalizace zvuku po mnoho let a identifikovali dva podněty, které jsou nezbytné pro lokalizaci zvuku v horizontální dimenzi. Představte si, že kolem vaší hlavy je kruh, který vytváří dokonale rovnou rovinu, jak je znázorněno níže. Když zvuk pochází z reproduktoru, jak můžete tak přesně určit jeho polohu? V roce 1790 hrál Venturi kolem lidí flétnu a požádal je, aby ukázali jeho směrem. Navrhl, že rozdíl amplitudy zvuku (hlasitosti) mezi oběma ušima byl tágo použité pro lokalizaci zvuku. Mnohem později v roce 1908 Malloch navrhl, že časový rozdíl zvuku dosahujícího každého ucha byl narážkou použitou pro lokalizaci zvuku. O několik let později neurovědci našli neurony ve sluchových centrech mozku, které jsou speciálně naladěny na každou narážku: rozdíly v intenzitě a načasování mezi oběma ušima. Takže mozek používá obě podněty k lokalizaci zdrojů zvuku. Například zvuk přicházející z reproduktoru by dosáhl levého ucha rychleji a byl by hlasitější než zvuk, který dosáhne pravého ucha. Váš mozek porovnává tyto rozdíly a řekne vám, odkud zvuk pochází!

ale co se stane, když zvuk přichází odkudkoli podél středové čáry vaší hlavy? Mohlo by to být přímo před vámi, za vámi nebo nad vámi. V žádném z těchto případů by mezi vašimi dvěma ušima nebyl žádný rozdíl v hlasitosti zvuku nebo zpoždění! Ukazuje se, že váš mozek používá třetí tágo k vyhledání zvuků ve svislé dimenzi: odlišný frekvenční profil zvuku způsobený velikostí hlavy a vnějšího ucha, nazývaný pinna. Pinnae jsou skvěle tvarované nejen pro sběr zvuku, ale také pro změnu frekvenčního profilu zvuku. V závislosti na jeho původu se určité frekvence zvyšují, zatímco jiné se oslabují. Jak je znázorněno na obrázku níže, změny frekvence v barvách jsou vázány na jejich umístění. Tato narážka je jedinečná pro každou pinnu, a proto monoaurální. Neurovědci našli neurony v nižší úrovni sluchového mozku, které jsou také naladěny na tyto frekvenční zářezy.

co se tedy stane, když se zvuky pohybují? Je zřejmé, že zvuky jsou hlasitější, když jsou blízko nás, a měkčí, jak se vzdalují, ale vnímané frekvence zvuku se také mění. Například frekvence sirény z hasičského vozu zní vyšší, když se pohybuje směrem k nám a nižší, když se pohybuje pryč. Tento jev byl poprvé objeven rakouským fyzikem Christianem dopplerem a je tak pojmenován Dopplerův efekt. Dopplerův efekt může být podnětem pro vnímání změn vzdálenosti. Mozek navíc sleduje svislý a vodorovný úhel binaurálními a monoaurálními narážkami, jako jsou tři narážky uvedené výše.

celkově mozek používá různé podněty k určení umístění zvuku. Naše současné chápání mechanismů lokalizace zvuku je většinou omezeno na samotné podněty a na to, jak tyto podněty zpracovávají nižší úrovně sluchové dráhy mozku. Je to opravdu vzrušující čas prozkoumat, jak vyšší úroveň sluchový mozek používá tyto signály z nižších úrovní k vytvoření vnímání umístění zvuku!

~

napsal Xiaorui “ Ray “ Xiong

~

Phillips D. P., Quinlan C. K. & Dingle R. N. (2012). Stabilita centrálních binaurálních mechanismů lokalizace zvuku u savců a heffnerova hypotéza, Neuroscience & Biobehaviorální recenze, 36 (2) 889-900. Doi: 10.1016 / j. neubiorev.2011.11.003

Letowski T. R.and Letowski S. T. (2012) sluchové prostorové vnímání: sluchová lokalizace, Armádní výzkumné laboratoře ARL-TR-6016

obrázky adaptované z davu na rušné ulici Petrem Kratochvilem, 123rf, Wikimedia Commons, clker, and Grothe B., Pecka m. & McAlpine D. (2010). Mechanismy lokalizace zvuku u savců, fyziologické recenze, 90 (3) 983-1012. Doi: 10.1152 / physrev.00026.2009.