Come fa il cervello a localizzare le sorgenti sonore?

Il cervello ha una straordinaria capacità di identificare la fonte dei suoni intorno a te. Quando si guida, si può dire da dove proviene un camion dei pompieri in avvicinamento e accostare di conseguenza. Nel classico gioco in piscina di “Marco Polo”, il giocatore che è “it” nuota verso i giocatori che dice ” Polo.”Nel campo delle neuroscienze, questa capacità è chiamata localizzazione del suono. Gli esseri umani possono individuare la fonte di un suono con estrema precisione (entro 2 gradi di spazio)! Questa straordinaria impresa è compiuta dalla capacità del cervello di interpretare le informazioni da entrambe le orecchie. Quindi, come fa il tuo cervello a farlo?

I neuroscienziati hanno lavorato per comprendere i meccanismi della localizzazione del suono per molti anni e hanno identificato due segnali che sono essenziali per la localizzazione del suono nella dimensione orizzontale. Immagina che ci sia un cerchio che fa un piano perfettamente piatto intorno alla tua testa, come mostrato di seguito. Quando un suono proviene dall’altoparlante, come puoi identificare la sua posizione in modo così accurato? Nel 1790, Venturi suonò un flauto intorno alla gente e chiese loro di indicare la sua direzione. Egli ha proposto che la differenza di ampiezza del suono (loudness) tra le due orecchie è stato lo spunto utilizzato per la localizzazione del suono. Molto più tardi, nel 1908, Malloch propose che la differenza di tempo del suono che raggiungeva ogni orecchio fosse lo spunto usato per la localizzazione del suono. Anni dopo, i neuroscienziati hanno trovato neuroni nei centri uditivi del cervello che sono appositamente sintonizzati su ogni stecca: intensità e differenze temporali tra le due orecchie. Quindi, il cervello sta usando entrambi i segnali per localizzare le sorgenti sonore. Ad esempio, il suono proveniente dall’altoparlante raggiungerebbe l’orecchio sinistro più velocemente e sarebbe più forte del suono che raggiunge l’orecchio destro. Il tuo cervello confronta queste differenze e ti dice da dove proviene il suono!

Ma cosa succede quando un suono proviene da qualsiasi punto lungo la linea mediana della tua testa? Potrebbe essere direttamente davanti a te, dietro di te o sopra di te. In uno di questi casi, non ci sarebbe alcuna differenza nel volume del suono o ritardo tra le due orecchie! Si scopre che il tuo cervello usa una terza stecca per localizzare i suoni nella dimensione verticale: il diverso profilo di frequenza del suono causato dalle dimensioni della tua testa e del tuo orecchio esterno, chiamato pinna. Le pinnae sono squisitamente sagomate non solo per raccogliere il suono, ma anche per modificare il profilo di frequenza di un suono. A seconda della sua origine, alcune frequenze vengono migliorate, mentre altre vengono attenuate. Come mostrato nell’immagine qui sotto, i cambiamenti di frequenza nei colori sono legati alle loro posizioni. Questa stecca è unica per ogni pinna e quindi monoaurale. I neuroscienziati hanno trovato neuroni nel livello inferiore del cervello uditivo che sono sintonizzati su queste tacche di frequenza pure.

Quindi, cosa succede quando i suoni si muovono? Ovviamente, i suoni diventano più forti man mano che ci si avvicina e più morbidi man mano che ci si allontana, ma anche le frequenze percepite del suono cambiano. Ad esempio, la frequenza della sirena di un camion dei pompieri suona più alta mentre si muove verso di noi e più bassa mentre si allontana. Questo fenomeno è stato scoperto per la prima volta dal fisico austriaco Christian Doppler, ed è quindi chiamato effetto Doppler. L’effetto Doppler può essere uno spunto per la percezione dei cambiamenti di distanza. Inoltre, il cervello traccia l’angolo verticale e orizzontale dai segnali binaurali e mono come i tre segnali sopra menzionati.

Nel complesso, il cervello utilizza una varietà di segnali per determinare la posizione di un suono. La nostra attuale comprensione dei meccanismi di localizzazione del suono è per lo più limitata ai segnali stessi e come i livelli più bassi del percorso uditivo del cervello elaborano questi segnali. È un momento davvero emozionante per esplorare come il cervello uditivo di livello superiore utilizza quei segnali dai livelli più bassi per formare la percezione della posizione del suono!

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Scritto da Xiaorui ” Ray ” Xiong

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Nel 2012 è stato nominato presidente del Consiglio dei Ministri. Stabilità dei meccanismi di localizzazione del suono binaurale centrale nei mammiferi e l’ipotesi di Heffner, Neuroscienze & Biobehavioral Reviews, 36 (2) 889-900. DOI: 10.1016 / j. neubiorev.2011.11.003

Letowski T. R. e Letowski S. T. (2012) Percezione spaziale uditiva: localizzazione uditiva, Army Research Laboratories ARL-TR-6016

Immagini adattate da Crowd At Busy Street da Petr Kratochvil, 123rf, Wikimedia Commons, clker e Grothe B., Pecka M. & McAlpine D. (2010). Meccanismi di localizzazione del suono nei mammiferi, Revisioni fisiologiche, 90 (3) 983-1012. DOI: 10.1152 / physrev.00026.2009.