hur lokaliserar hjärnan ljudkällor?

hjärnan har en fantastisk förmåga att identifiera källan till ljud runt dig. Vid körning kan du se var en närmande brandbil kommer ifrån och dra över i enlighet därmed. I det klassiska poolspelet ”Marco Polo,” spelaren som är ”det” simmar mot spelarna som säger ” Polo.”Inom neurovetenskap kallas denna förmåga ljudlokalisering. Människor kan lokalisera källan till ett ljud med extrem precision (inom 2 grader av rymden)! Denna anmärkningsvärda prestation uppnås genom hjärnans förmåga att tolka informationen från båda öronen. Så hur gör din hjärna det?

Neuroscientists har arbetat för att förstå mekanismerna för ljudlokalisering i många år, och de har identifierat två signaler som är väsentliga för ljudlokalisering i den horisontella dimensionen. Tänk dig att det finns en cirkel som gör ett perfekt platt plan runt huvudet, som visas nedan. När ett ljud kommer från högtalaren, hur kan du identifiera dess plats så exakt? På 1790-talet spelade Venturi en flöjt runt människor och bad dem att peka i hans riktning. Han föreslog att ljudamplituden (loudness) skillnaden mellan de två öronen var cue som användes för ljudlokalisering. Mycket senare 1908 föreslog Malloch att tidsskillnaden för ljudet som når varje öra var den kö som användes för ljudlokalisering. År senare fann neurovetenskapsmän neuroner i hjärnans hörselcentra som är speciellt inställda på varje cue: intensitet och tidsskillnader mellan de två öronen. Så hjärnan använder båda signalerna för att lokalisera ljudkällor. Till exempel skulle ljud som kommer från högtalaren nå ditt vänstra öra snabbare och vara högre än ljudet som når ditt högra öra. Din hjärna jämför dessa skillnader och berättar var ljudet kommer ifrån!

men vad händer när ett ljud kommer från var som helst längs mittlinjen på ditt huvud? Det kan vara direkt framför dig, bakom dig eller ovanför dig. I något av dessa fall skulle det inte vara någon skillnad i ljudstyrka eller fördröjning mellan dina två öron! Det visar sig att din hjärna använder en tredje ledtråd för att lokalisera ljud i den vertikala dimensionen: den olika frekvensprofilen för ljud som orsakas av storleken på ditt huvud och ditt yttre öra, kallad pinna. Pinnae är utsökt formade inte bara för att samla ljud utan också för att ändra ljudets frekvensprofil. Beroende på dess ursprung förbättras vissa frekvenser, medan andra dämpas. Som visas på bilden nedan är freqnency-förändringar i färger knutna till sina platser. Denna cue är unik för varje pinna och därför monoaural. Neurovetenskapsmän har hittat neuroner i den lägre nivån av hörselhjärnan som också är inställda på dessa frekvenshår.

så, vad händer när ljud rör sig? Självklart blir ljud högre när de är nära oss och mjukare när vi flyttar bort, men de upplevda frekvenserna av ljud förändras också. Till exempel låter frekvensen av sirenen från en brandbil högre när den rör sig mot oss och lägre när den rör sig bort. Detta fenomen upptäcktes först av den österrikiska fysikern Christian Doppler och kallas således Doppler-effekten. Doppler-effekten kan vara en ledtråd för uppfattningen av avståndsförändringar. Dessutom spårar hjärnan den vertikala och horisontella vinkeln av binaural och mono-signaler, såsom de tre signaler som nämns ovan.

sammantaget använder hjärnan en mängd olika signaler för att bestämma platsen för ett ljud. Vår nuvarande förståelse av mekanismerna för ljudlokalisering är mestadels begränsad till signalerna själva och hur de lägre nivåerna i hjärnans hörselväg behandlar dessa signaler. Det är en riktigt spännande tid att utforska hur den högre nivån auditiva hjärnan använder dessa signaler från lägre nivåer för att bilda uppfattningen av ljudplatsen!

~

författare: Xiaorui ” Ray ” Xiong

~

Phillips D. P., Quinlan ck & Dingle R. N. (2012). Stabilitet hos centrala binaurala ljudlokaliseringsmekanismer hos däggdjur och Heffner-hypotesen, neurovetenskap & Biobehavioral recensioner, 36 (2) 889-900. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2011.11.003

Letowski T. R. och Letowski S. T. (2012) auditiv rumslig uppfattning: auditiv Lokalisering, Army Research Laboratories ARL-tr-6016

bilder anpassade från publiken på upptagen gata av Petr Kratochvil, 123rf, Wikimedia Commons, clker och Grothe B., Pecka M. & McAlpine D. (2010). Mekanismer för ljudlokalisering hos däggdjur, fysiologiska recensioner, 90 (3) 983-1012. DOI: 10.1152 / physrev.00026.2009.