В кафе, наши барабанные перепонки завалены звуковые волны — людей, общения, звон стаканов, музыка играет — но наш мозг каким-то образом удалось распутать соответствующими звуками, как бармен объявил, что наша “кофе готов”, — от незначительного шума. Новый Макговерн Института исследования мозга проливают свет на то, как мозг выполняет эту задачу извлечения значащие звуки от фонового шума — выводы, которые могут однажды помочь в создании систем искусственного слуха и развития целенаправленном слухопротезированию.
“Эти результаты показывают, нейронный коррелят в умении слушать в шум, и в то же время демонстрируют функциональные различия между разными этапы слуховой обработки в коре мозга”, — объясняет Джош Макдермотт, доцент мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, член Макговерн института и Центра мозги, умы и машины, и старший автор исследования.
Слуховая кора, часть мозга, которая реагирует на звук, уже давно известно, что выраженные анатомо субрегионах, однако роль этих областях играть в слуховой обработки и осталось загадкой. В своем исследовании, опубликованном в Nature Сommunications, «Макдермотт» и бывший аспирант Алекс Келл обнаружил, что эти субрегионы по-разному реагируют на присутствие фонового шума, предполагая, что слуховая обработка происходит поэтапно, постепенно выделить и изолировать звуки проценты.
Проверка
Предыдущие исследования показали, что основной и неосновной субрегионов слуховой коры реагируют на звук с разной динамикой, но эти исследования были во многом основаны на активности мозга в ответ на слова или просто синтетические звуки (например, тонов и щелчков). Мало что было известно о том, как эти регионы могли бы содействуют повседневной слухового поведения.
Для тестирования этих субрегионов в более реальных условиях, Мак-Дермотт и Келл, который сейчас работает исследователем в Колумбийском университете, оценил изменения в мозгу человека, в то время как деятельность субъектов слушал природных звуков С и без фонового шума.
Лежа в магнитно-резонансный томограф, испытуемые слушали 30 разных природных звуков, от мяуканья кошки до звона телефонов, которые были представлены отдельно или встраиваемых в реальном мире фоновых шумов, таких как дождь.
“Когда я начал изучать прослушивание,” объясняет он, “я начал просто сидеть в своей повседневной жизни, прислушиваясь, и был удивлен постоянный фоновый шум, что казалось, как правило, будут отфильтрованы по умолчанию. Большинство из этих шумов, как правило, довольно стабильны во времени, предполагая, что мы могли экспериментально отделить их. Проект текла оттуда”.
К их удивлению, Келл и Макдермотт обнаружил, что основной и неосновной областей слуховой коры по-разному отреагировали естественный звук в зависимости от того, фоновый шум присутствовал.
Они обнаружили, что активность в первичной слуховой коре была изменена, когда фоновый шум присутствует, предполагая, что этот регион до сих пор не разграничена между значащие звуки и фоновый шум. Несырьевые регионы, однако, отвечают аналогично природные звуки, независимо от того, имеется шум, предполагая, что корковые сигналы, генерируемые звуки преобразуются или “очистить”, чтобы удалить фоновый шум к тому времени они достигают не основной слуховой коре.
“Мы были удивлены, насколько велика разница между основной и неосновной областях”, — объясняет он, “поэтому мы провели еще кучу предметов, но продолжал видеть то же самое. У нас была тонна вопросов о том, что может быть ответственным за эту разницу, и поэтому мы в конечном итоге работает все эти последующие эксперименты.”
Общий принцип
Келл и Макдермотт решили проверить, насколько эти ответы были на конкретные звуки, и обнаружил, что вышеупомянутый эффект оставался стабильным независимо от источника или типа звуковой активности. Музыку, речь, или пищащую игрушку всех активированных неосновной коры области аналогично, будет ли или не фоновый шум присутствовал.
Авторы также проверили, действительно ли внимания является актуальной. Даже когда исследователи успешно отвлекали субъекты с визуальным задач в сканер, субрегионы коры головного мозга реагируют на значимые звука и фонового шума таким же образом, показывает, что внимание не является движущей силой этого аспекта обработки звука. Другими словами, даже когда мы сосредоточены на чтении книги, наш мозг старательно сортируя звук мяуканье кошки от стук дождя снаружи.
Будущие направления
В Макдермотт лаборатории сейчас строят математические модели так называемой “устойчивости к шуму” нашли в характере связи обучения и Келл проводит более детального понимания обработки звука в его докторской работе в Колумбийском университете, исследуя нейронную цепь механизмов, лежащих в основе этого явления.
Приобретая более глубокое понимание того, как мозг обрабатывает звук, исследователи надеются, что их работа будет способствовать улучшению диагностики и лечения нарушений слуха. Такие исследования могут помочь выявить истоки слушая трудности, которые сопровождают нарушения развития или возрастной потере слуха. Например, если потеря слуха результаты с дисфункцией сенсорной обработки, это может быть вызвано аномальной устойчивости к шуму в слуховом центре мозга. Нормальная устойчивость к шумам вместо этого можно предположить, что есть нарушения в другом месте в мозге — например, расстройство в вышестоящие исполнительные функции.
“В будущем», — говорит Макдермотт, «мы надеемся, что эти неинвазивные меры слуховой функции может стать ценным инструментом для клинической оценки.”
