jak mózg lokalizuje źródła dźwięku?

mózg ma niesamowitą zdolność identyfikowania źródła dźwięków wokół ciebie. Podczas jazdy można stwierdzić, skąd zbliża się samochód strażacki i odpowiednio się zatrzymać. W klasycznej grze basenowej ” Marco Polo „gracz, który jest” nim”, pływa w kierunku graczy, którzy mówią ” Polo.”W dziedzinie neuronauki umiejętność ta nazywana jest lokalizacją dźwięku. Ludzie potrafią zlokalizować źródło dźwięku z niezwykłą precyzją (w promieniu 2 stopni od przestrzeni)! Ten niezwykły wyczyn osiąga się dzięki zdolności mózgu do interpretowania informacji z obu uszu. Więc jak twój mózg to robi?

neurolodzy od wielu lat pracują nad zrozumieniem mechanizmów lokalizacji dźwięku i zidentyfikowali dwa sygnały, które są niezbędne do lokalizacji dźwięku w wymiarze poziomym. Wyobraź sobie koło, które tworzy idealnie płaską płaszczyznę wokół twojej głowy, jak pokazano poniżej. Kiedy dźwięk wydobywa się z głośnika, jak można tak dokładnie określić jego położenie? W 1790 roku Venturi grał na flecie wokół ludzi i poprosił ich, aby wskazali jego kierunek. Zaproponował, że różnica amplitudy dźwięku (głośności) między dwoma uszami była sygnałem używanym do lokalizacji dźwięku. Znacznie później, w 1908 roku, Malloch zaproponował, że różnica czasu dźwięku docierającego do każdego ucha była sygnałem używanym do lokalizacji dźwięku. Lata później neurolodzy odkryli neurony w ośrodkach słuchowych mózgu, które są specjalnie dostrojone do każdego sygnału: różnice intensywności i czasu między dwoma uszami. Mózg używa obu sygnałów do lokalizacji źródeł dźwięku. Na przykład dźwięk dochodzący z głośnika docierałby do lewego ucha szybciej i byłby głośniejszy niż dźwięk dochodzący do prawego ucha. Twój mózg porównuje te różnice i mówi ci, skąd dochodzi dźwięk!

ale co się dzieje, gdy dźwięk dochodzi z dowolnego miejsca wzdłuż linii środkowej głowy? Może być bezpośrednio przed tobą, za tobą lub nad tobą. W żadnym z tych przypadków nie będzie różnicy w głośności dźwięku ani opóźnienia między twoimi uszami! Okazuje się, że mózg używa trzeciego sygnału, aby zlokalizować dźwięki w wymiarze pionowym: inny profil częstotliwości dźwięku spowodowany rozmiarem głowy i ucha zewnętrznego, zwany pinną. Szpilki są znakomicie ukształtowane nie tylko do zbierania dźwięku, ale także do zmiany profilu częstotliwości dźwięku. W zależności od jego pochodzenia niektóre częstotliwości są wzmacniane, podczas gdy inne są osłabiane. Jak pokazano na poniższym obrazku, zmiany freqnency w kolorach są powiązane z ich lokalizacjami. Ten sygnał jest unikalny dla każdej Pinny, a zatem monoauralnego. Neurolodzy odkryli neurony w dolnym poziomie mózgu słuchowego, które są dostrojone do tych wycięć częstotliwości, jak również.

co się dzieje, gdy Dźwięki się poruszają? Oczywiście dźwięki stają się głośniejsze w miarę zbliżania się do nas i łagodniejsze w miarę oddalania się, ale zmieniają się również odbierane częstotliwości dźwięku. Na przykład, częstotliwość Syreny z wozu strażackiego brzmi wyższa, gdy porusza się w naszą stronę, a niższa, gdy oddala się. Zjawisko to zostało po raz pierwszy odkryte przez austriackiego Fizyka Christiana Dopplera i stąd nosi nazwę efektu Dopplera. Efekt Dopplera może być sygnałem do postrzegania zmian odległości. Dodatkowo mózg śledzi kąt pionowy i poziomy za pomocą sygnałów obuusznych i jednousznych, takich jak trzy wymienione powyżej.

Ogólnie rzecz biorąc, mózg używa różnych sygnałów do określenia lokalizacji dźwięku. Nasze obecne zrozumienie mechanizmów lokalizacji dźwięku ogranicza się głównie do samych sygnałów i sposobu, w jaki niższe poziomy ścieżki słuchowej mózgu przetwarzają te sygnały. Jest to naprawdę ekscytujący czas, aby zbadać, w jaki sposób mózg słuchowy wyższego poziomu wykorzystuje te sygnały z niższych poziomów, aby stworzyć percepcję lokalizacji dźwięku!

~

Autor: 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.