Исследователи из Центра биомедицинской визуализации Мартиноса при Массачусетской больнице общего профиля определили часть мозга, отвечающую за определение того, насколько далеко исходит звук, – процесс, который не зависит исключительно от того, насколько громок звук. Отчет исследователей, который будет опубликован в первом выпуске журнала Proceeding of the National Academy of Sciences, будет предварительно опубликован в Интернете на этой неделе.
"Хотя звуки становятся громче, когда источник приближается к нам, люди могут различать громкие звуки, исходящие издалека, и более тихие звуки от более близкого источника, что позволяет предположить, что наш мозг использует дистанционные сигналы независимо от громкости," говорит Юрки Ахвенинен, доктор философии из Центра Мартинос, старший автор отчета PNAS. "С помощью функциональной МРТ мы обнаружили группу нейронов в слуховой коре, чувствительных к расстоянию до источников звука и отличающихся от тех, которые обрабатывают изменения громкости. Наши результаты не только предоставляют основную научную информацию, но и могут помочь в будущих исследованиях нарушений слуха."
Человеческий мозг имеет отдельные области для обработки сенсорной информации ?? сигналы, отвечающие за зрение, слух, вкус и т. д. Исследования зрительной коры, расположенной в задней части мозга, позволили получить подробные карты областей, обрабатывающих определенные части поля зрения. Но понимание слуховой коры, расположенной на стороне головы выше и позади уха, довольно ограничено. Хотя известно, что часть слуховой коры, простирающаяся к затылку, определяет, откуда исходит звук, но точно, как мозг переводит сложные слуховые сигналы для определения местоположения и расстояния, откуда исходит звук, пока неизвестно.
В своем поиске слуховых нейронов, которые обрабатывают звуковое расстояние, исследовательская группа столкнулась с некоторыми конкретными проблемами. В исследовательских лабораториях, изучающих слух, звуки должны доставляться участникам исследования через наушники, что означает акустическую "Космос" в котором генерируется звук, необходимо моделировать. Это должно быть сделано с высочайшей точностью, поскольку факторы окружающей среды, вызывающие реверберацию звука, вероятно, способствуют восприятию расстояния. Поскольку само оборудование МРТ генерирует громкий шум, исследователи сканировали мозг участников каждые 12 секунд, чтобы измерить реакцию на звуки, издаваемые во время периодов тишины.
В первом эксперименте участники исследования ?? 12 взрослых с нормальным слухом ?? слушали серию парных звуков разной степени громкости и на смоделированных расстояниях от 15 до 100 см, и их просили указать, находится ли второй звук ближе или дальше, чем первый. Хотя различия в громкости менялись случайным образом, участники довольно точно определяли смоделированные расстояния между звуками. Акустический анализ представленных конкретных звуковых сигналов показал, что реверберации, производимые звуком, которые более выражены в закрытой среде и для звуков, распространяющихся дальше, могут быть более важными сигналами расстояния, чем различия между звуками, воспринимаемыми двумя ушами участника.
После того, как первый эксперимент подтвердил точность смоделированной акустической среды, функциональные МРТ-изображения, сделанные, когда участники слушали другую серию парных звуков, зафиксировали, как активность слуховой коры изменяется в ответ на звуки различной громкости и направления, а также на звуки постоянной уровни и тишина. Полученные изображения определили небольшую область, которая, кажется, чувствительна к сигналам, указывающим расстояние, но не громкость. Насколько известно исследователям, это первый раз, когда были обнаружены нейроны, чувствительные к расстоянию до источника звука.
"Выявленная область расположена рядом с другими областями слуховой коры, обрабатывающими пространственную информацию," говорит автор-корреспондент Норберт Копко, PhD. "Это согласуется с общей моделью обработки восприятия в мозге, предполагающей, что при слухе, как и в зрении и других органах чувств, пространственная информация обрабатывается отдельно от информации об идентичности объекта или его характеристиках, таких как музыкальная высота звука. Наше исследование также показывает, насколько важно сочетать опыт из разных областей ?? в нашем случае визуализация / физиология, психология и вычислительная нейробиология ?? чтобы углубить наше понимание такой сложной системы, как человеческий мозг."