Czy wiesz, jak mózg organizuje dźwięki?
Nasz zmysł słuchu jest naprawdę niezwykły. Wystarczy pomyśleć na przykład o tym, że jesteśmy w stanie śledzić rozmowę nawet w hałaśliwym barze. „Potrafimy to zrobić, ponieważ nasze mózgi potrafią oddzielać sygnały o różnej częstotliwości i odpowiednio je grupować, dzięki czemu dźwięki pochodzące z tego samego źródła są percepcyjnie odrębne od dźwięków pochodzących z innych źródeł”, wyjaśnia Jennifer Bizley(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wykładowczyni neurobiologii sluchu na University College London(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Dzięki tej umiejętności jesteśmy w stanie odciąć się od hałasu otoczenia i skupić się na rozmowie, w której uczestniczymy”. Niestety, zdolność ta zanika z wiekiem. Ze względu na to, że naukowcy nie znają mechanizmów, które umożliwiają skupienie słuchu, nie byli w stanie odtworzyć tego procesu za pomocą technologii cyfrowej. „Zrozumienie sposobu, w jaki mózg oddziela różnorodne dźwięki, może utorować drogę do budowy maszyn, które będą słyszeć równie dobrze jak młodzi ludzie, lub aparatów słuchowych, które przywrócą słuch starzejącym się osobom”, dodaje Bizley. W osiągnięciu tego celu pomaga finansowany ze środków Unii Europejskiej projekt SOUNDSCENE(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Jak słyszą ludzie i zwierzęta?
W ramach projektu, który uzyskał wsparcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), badacze opracowali szereg zadań słuchowych do wykonania zarówno przez ludzi, jak i zwierzęta. Opierając się na rezultatach, naukowcy odkryli, że ludzie są szczególnie biegli w szacowaniu statystycznych właściwości dźwięków tła. Ponadto wykazali, że słuchacz może poprawić swoją zdolność rozróżniania mowy w hałaśliwym otoczeniu już w ciągu kilkuset milisekund od usłyszenia nowego dźwięku tła. W ramach projektu zespół zbadał również, w jaki sposób mózg zwierzęcia szacuje statystyki dotyczące źródła dźwięku i grupuje dźwięki o różnych częstotliwościach w pojedyncze źródła. Wykorzystując model zwierzęcy, naukowcy odkryli, że kora słuchowa – kluczowy obszar mózgu odpowiadający za przetwarzanie dźwięku – odgrywa istotną rolę w procesie rozpoznawania dźwięków w hałaśliwym otoczeniu. „Udowodniliśmy po raz pierwszy w historii, że zwierzę inne niż człowiek potrafi dostrzec regularności czasowe, aby grupować elementy dźwiękowe, a stosując metody modelowania, udało nam się wykazać, że gdy nałożymy dodatkowe ograniczenia pamięci, dane dotyczące fretki bardzo przypominają dane dotyczące człowieka”, wyjaśnia Bizley, główna badaczka projektu. Naukowcy odpowiedzialni za realizację projektu SOUNDSCENE opracowali również trzy paradygmaty behawioralne dotyczące rozróżniania mowy w modelu zwierzęcym, a także pionierskie podejścia oparte na uczeniu maszynowym, które mogą wykorzystać w celu lepszego zrozumienia bogatych zbiorów danych opracowanych w ramach projektu.
Urządzenia i aparaty słuchowe nowej generacji
Prace i materiały opracowane w ramach projektu SOUNDSCENE pozwoliły naukowcom lepiej zrozumieć mechanizmy pozwalające mózgowi rozróżniać i grupować dźwięki. Wykazanie, że zwierzęta inne niż człowiek potrafią wyodrębniać regularności statystyczne w sposób podobny do ludzi, otwiera drogę do zrozumienia, w jaki sposób działa odpowiedzialny za to obwód w mózgu. „Biorąc pod uwagę starzenie się społeczeństwa i niedawne odkrycie, że utrata słuchu jest potencjalnie modyfikowalnym czynnikiem zwiększającym ryzyko wystąpienia demencji, głębsze zrozumienie podstawowych mechanizmów neuronalnych uzyskane dzięki naszej pracy jest niezwykle cenne dla rozwoju urządzeń nowej generacji i aparatów słuchowych”, dodaje Bizley.