hoe lokaliseren de hersenen geluidsbronnen?

de hersenen hebben een verbazingwekkend vermogen om de bron van geluiden om je heen te identificeren. Tijdens het rijden, kunt u vertellen waar een naderende brandweerwagen komt uit en stoppen dienovereenkomstig. In het klassieke zwembad spel van “Marco Polo, “de speler die is” het “zwemt naar de spelers die zegt” Polo.”Op het gebied van de neurowetenschappen wordt dit vermogen geluidslokalisatie genoemd. Mensen kunnen de bron van een geluid met uiterste precisie (binnen 2 graden van de ruimte) lokaliseren! Deze opmerkelijke prestatie wordt bereikt door het vermogen van de hersenen om de informatie van beide oren te interpreteren. Hoe doen je hersenen het?

neurowetenschappers hebben gewerkt om de mechanismen van geluidslokalisatie voor vele jaren te begrijpen, en zij hebben twee aanwijzingen geà dentificeerd die essentieel zijn voor geluidslokalisatie in de horizontale dimensie. Stel je voor dat er een cirkel is die een perfect vlak vlak rond je hoofd maakt, zoals hieronder te zien is. Wanneer een geluid uit de luidspreker komt, hoe kun je dan de locatie zo nauwkeurig identificeren? In de jaren 1790 speelde Venturi een fluit rond mensen en vroeg hen in zijn richting te wijzen. Hij stelde voor dat het geluid amplitude (luidheid) verschil tussen de twee oren was de keu gebruikt voor geluid lokalisatie. Veel later, in 1908, stelde Malloch voor dat het tijdsverschil van het geluid dat elk oor bereikte de keu was die gebruikt werd voor de lokalisatie van het geluid. Jaren later vonden neurowetenschappers neuronen in de auditieve centra van de hersenen die speciaal zijn afgestemd op elke cue: intensiteit en timing verschillen tussen de twee oren. Het brein gebruikt beide signalen om geluidsbronnen te lokaliseren. Bijvoorbeeld, geluid afkomstig van de luidspreker zou uw linkeroor sneller bereiken en luider dan het geluid dat uw rechteroor bereikt. Je brein vergelijkt deze verschillen en vertelt je waar het geluid vandaan komt!

maar wat gebeurt er als een geluid komt van overal langs de middellijn van je hoofd? Het kan recht voor je zijn, achter je, of boven je. In elk van deze gevallen, zou er geen verschil in geluid luidheid of vertraging tussen uw twee oren! Het blijkt dat je hersenen een derde signaal gebruiken om geluiden in de verticale dimensie te lokaliseren: het verschillende frequentieprofiel van geluid veroorzaakt door de grootte van je hoofd en je uitwendige oor, de pinna genaamd. De pinnae zijn prachtig gevormd, niet alleen om geluid te verzamelen, maar ook om het frequentieprofiel van een geluid te veranderen. Afhankelijk van de oorsprong worden bepaalde frequenties versterkt, terwijl andere worden verzwakt. Zoals te zien in de afbeelding hieronder, freqnency veranderingen in kleuren zijn gekoppeld aan hun locaties. Deze cue is uniek voor elke pinna en dus monoauraal. Neurowetenschappers hebben neuronen in het lagere niveau van auditieve hersenen gevonden die ook op deze frequentieinkepingen zijn afgestemd.

Wat gebeurt er als geluiden bewegen? Het is duidelijk dat geluiden luider worden als ze in de buurt van ons en zachter als de beweging weg, maar de waargenomen frequenties van geluid ook veranderen. Bijvoorbeeld, de frequentie van de sirene van een brandweerwagen klinkt hoger als het beweegt naar ons toe en lager als het beweegt weg. Dit fenomeen werd voor het eerst ontdekt door de Oostenrijkse natuurkundige Christian Doppler en wordt daarom het Doppler-effect genoemd. Het Doppler-effect kan een aanwijzing zijn voor de waarneming van afstandsveranderingen. Daarnaast volgen de hersenen de verticale en horizontale hoek door de binaurale en monaurale signalen zoals de drie bovengenoemde signalen.

over het geheel genomen gebruikt het brein verschillende aanwijzingen om de locatie van een geluid te bepalen. Ons huidige begrip van de mechanismen van geluidslokalisatie is meestal beperkt tot de signalen zelf en hoe de lagere niveaus van de gehoorweg van de hersenen deze signalen verwerken. Het is echt een spannende tijd om te onderzoeken hoe het hogere niveau auditieve hersenen gebruikt die signalen van lagere niveaus om de waarneming van de geluidslocatie te vormen!

~

geschreven door 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.