miten aivot paikantavat äänilähteet?

aivoilla on hämmästyttävä kyky tunnistaa ympäröivien äänten lähde. Ajaessasi voit kertoa, mistä lähestyvä paloauto on tulossa ja pysähtyä sen mukaisesti. ”Marco Polon” klassisessa uima-allaspelissä pelaaja, joka on ”se”, ui kohti pelaajia, jotka sanovat ”Polo.”Neurotieteessä tätä kykyä kutsutaan äänen lokalisoinniksi. Ihmiset voivat paikantaa äänen lähteen äärimmäisen tarkasti (2 asteen tarkkuudella)! Tämä merkittävä saavutus saadaan aikaan sillä, että aivot pystyvät tulkitsemaan tietoa molemmista korvista. Miten aivosi tekevät sen?

neurotieteilijät ovat työskennelleet ymmärtääkseen äänen lokalisoinnin mekanismeja jo vuosia, ja he ovat tunnistaneet kaksi vihjettä, jotka ovat olennaisia äänen lokalisoinnille horisontaalisessa ulottuvuudessa. Kuvittele, että on ympyrä, joka tekee täysin tasainen taso pään ympärillä, kuten alla. Kun ääni tulee kaiuttimesta, miten voit tunnistaa sen sijainnin niin tarkasti? 1790-luvulla Venturi soitti huilua ihmisten ympärillä ja pyysi heitä osoittamaan suuntaansa. Hän ehdotti, että äänen Amplitudi (äänekkyys) ero kahden korvan oli merkki käytetään äänen lokalisointi. Paljon myöhemmin vuonna 1908 Malloch esitti, että kumpaankin korvaan ulottuvan äänen Aikaero olisi äänen lokalisoinnissa käytetty keppi. Vuosia myöhemmin neurotieteilijät löysivät aivojen auditiivisista keskuksista neuroneja, jotka on erityisesti viritetty kunkin merkin mukaan: voimakkuus ja ajoituserot kahden korvan välillä. Aivot käyttävät molempia vihjeitä äänilähteiden paikallistamiseen. Esimerkiksi kaiuttimesta tuleva ääni kantaisi vasempaan korvaan nopeammin ja olisi äänekkäämpi kuin ääni, joka kantautuu oikeaan korvaan. Aivosi vertailevat näitä eroja ja kertovat, mistä ääni tulee!

mutta mitä tapahtuu, kun ääni tulee mistä tahansa pään keskiviivasta? Se voi olla suoraan edessäsi, takanasi tai yläpuolellasi. Missään näistä tapauksista ei olisi eroa äänekkyys tai viive kahden korvat! On käynyt ilmi, että aivosi käyttävät kolmatta soittokertaa paikantaakseen äänet pystysuorassa ulottuvuudessa: pään koon ja ulkokorvan aiheuttaman äänen eri taajuusprofiilin, jota kutsutaan pinnaksi. Pinnae on kauniisti muotoiltu paitsi kerätä ääntä, mutta myös muuttaa taajuusprofiili äänen. Riippuen sen alkuperästä, tietyt taajuudet saavat parannettu, kun taas toiset saavat heikennetty. Kuten alla olevasta kuvasta näkyy, värimuutokset on sidottu niiden sijainteihin. Tämä cue on ainutlaatuinen kunkin pinna ja siksi monoauraalinen. Neurotieteilijät ovat löytäneet aivojen alemman tason neuroneja, jotka ovat virittyneet myös näille taajuuksille.

niin, mitä tapahtuu, kun äänet liikkuvat? On selvää, että äänet tulevat kovemmiksi lähellämme ja pehmeämmiksi pois siirryttäessä, mutta myös koetut äänen taajuudet muuttuvat. Esimerkiksi paloauton sireenin taajuus kuulostaa korkeammalta, kun se liikkuu meitä kohti, ja matalammalta, kun se liikkuu poispäin. Ilmiön löysi ensimmäisenä itävaltalainen fyysikko Christian Doppler, ja siksi sitä nimitetään Doppler-ilmiöksi. Doppler-ilmiö voi olla merkki etäisyyden muutosten havaitsemiselle. Lisäksi aivot seuraavat pysty-ja vaakakulmaa binauraalisten ja monauraalisten vihjeiden, kuten edellä mainittujen kolmen vihjeen, avulla.

kaiken kaikkiaan aivot käyttävät erilaisia vihjeitä äänen sijainnin määrittämiseen. Nykyinen ymmärryksemme äänen lokalisoinnin mekanismeista rajoittuu lähinnä itse vihjeisiin ja siihen, miten aivojen kuuloreitin alemmat tasot käsittelevät näitä vihjeitä. Se on todella jännittävä aika tutkia, miten korkeamman tason kuuloaivot käyttävät niitä signaaleja alemmilta tasoilta muodostaakseen käsityksen äänen sijainnista!

~

kirjoittanut Xiaorui ” Ray ” Xiong

~

Phillips D. P., Quinlan C. K. & Dingle R. N. (2012). Stability of central binaural sound localization mechanisms in mammals, and the Heffner hypothesis, Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 36 (2) 889-900. DOI: 10.1016 / J.neubiorev.2011.11.003

Letowski T. R. and Letowski S. T. (2012) Auditory Spatial Perception: Auditory Localization, Army Research Laboratories Arl-TR-6016

Images adapted from Crowd At Busy Street by Petr Kratochvil, 123RF, Wikimedia Commons, clker, and Grothe B., Pecka M. & McAlpine D. (2010). Mechanisms of Sound Localization in Mammals, Physiological Reviews, 90 (3) 983-1012. DOI: 10.1152 / physrev.00026.2009.