Исследователи из Нидерландов выяснили, что слуховая система мозга отслеживает скорость и местоположение движущихся объектов по звуку так же, как и зрительная система – движения. Исследование, опубликованное в журнале eNeuro, позволяет понять, как люди слышат в среде с динамически меняющимися звуками.
Credit: Vitolda Klein/Unsplash
Людям, использующим слуховые аппараты, трудно различать звуки в среде, насыщенной ими. И чтобы улучшить технологию, необходимо понимать, какие образом делает это наше ухо в норме. Многое из нейрофизиологии слуха уже известно, но эта часть пока еще изучена недостаточно. Предыдущие исследования с использованием системы айтрекинга, отслеживающей то, следует ли мозг по траектории движущегося звука, показали, что теория оказалась ошибочной. Но новая работа продемонстрировала, что использование в качестве меры слежения движения головы – более точный подход.
Ученые выдвинули гипотезу, что как и для визуального сопровождения, для точного отслеживания источника звука требуется система слухового преследования (APS), которая будет управляться так называемой ошибкой слухового скольжения. Эта ошибка возникает из-за постоянной разницы в скорости звука и скорости головы, а также из-за того, что расположение звука может отличаться от «слуховой ямки» (AF). AF представляет собой область наивысшей пространственной слуховой остроты и предположительно расположена вокруг прямого направления звука.
В отличие от ямки (желтого пятна) в сетчатке обоих глаз, куда концентрируется пучок света и где расположено максимальное количество рецепторов цвета, представление AF будет результатом нейровычислительного механизма в глубине мозга, поскольку необходимо объединить в себе информацию от обоих ушей. Ошибка слухового проскальзывания относительно AF, 𝐴̇𝐻 (𝑡), — это разница между скоростью звука относительно головы, 𝐴̇, и скоростью головы, 𝐻̇.
Добровольцы в ходе эксперимента слушали беспорядочно движущиеся звуки в темной комнате, а команда исследователей в этот момент отслеживала движения их головы. Их анализ показал, что люди с большой точностью следят за движущимися звуками.
Предполагаемая модель для одного участника. Тонкие кривые – результаты каждой попытки, отмеченные цветом в соответствии с номером. Черные сплошные линии соответствуют средней характеристике по испытаниям. Обратите внимание на систематическое изменение характеристик усиления и фазы с пробным номером. Credit: García-Uceda Calvo et al. / eNeuro 2021
В ходе эксперимента участники также улучшили свою способность к отслеживанию звука, что свидетельствует о том, что слуховая система улавливает скрытые закономерности в траекториях звука и делает прогнозы. Эти результаты показали, что мозг обладает нейронными сетями, предназначенными для отслеживания скорости звука. И теперь предстоит эти сети найти и показать их работу в режиме реального времени.
Текст: Анна Хоружая
New Research, Sensory and Motor Systems Adaptive response behavior in the pursuit of unpredictably moving sounds by José A. García-Uceda Calvo, Marc M van Wanrooij and A. John Van Opstal in eNeuro. Published April 2021.
DOI: https://doi.org/10.1523/ENEURO.0556-20.2021