G'arbiy Ontario universiteti tadqiqotchilari inson miyasi eshitish maydonining uch o'lchovli xaritasini tuzishda foydalanadigan neyron mexanizmlarini aniqladilar. Ushbu kashfiyot eshitish apparatlari, koxlear implantlar va eshitish reabilitatsiya dasturlarini ishlab chiqishga bevosita ta'sir qiladi.
Gʻarbiy Universitetining audiologiya va nevrologiya dasturlari tomonidan olib borilgan ishda tinglovchilarga miya faoliyatini yozib olish bilan birga fazoviy aniq tovush stimullarini taqdim etish uchun maxsus yaratilgan AudioDome kabi immersiv virtual audio muhitlardan foydalanilgan.
Nazorat ostidagi eksperimental tizim tadqiqotchilarga eshitish korteksining vizual signallardan mustaqil ravishda tovush manbalarining balandligi, azimuti va masofasini qanday kodlashini aniqlash imkonini berdi.
Eshitish korteksi aslida nima qiladi?
Eshitish korteksi — miyaning vaqtinchalik lobining kiruvchi tovushlarni qayta ishlaydigan qismi — shunchaki chastota va balandlikni aniqlashdan ko'proq narsani bajaradi. G'arb tadqiqot guruhining fikriga ko'ra, u tovush manbasining joylashuvini quloqlararo vaqt farqlari (tovush har bir quloqqa yetib boradigan paytlar orasidagi mikrosekund kechikish) va quloqlararo daraja farqlarini (quloqlar orasidagi balandlikdagi nozik farqlar) integratsiya qilish orqali faol ravishda hisoblab chiqadi.
Bu ikki xususiyat, tashqi quloq geometriyasi tufayli yuzaga keladigan spektral shakllanish bilan birgalikda, miyaga triangulyatsiya orqali tovush manbasini topishga imkon beradi.
G'arbda olib borilgan tadqiqotlar ushbu axborotni qayta ishlash miya yarim korteksining turli qatlamlarida va vaqt o'tishi bilan qanday sodir bo'lishini batafsilroq tushunish imkonini beradi. Miya fazoviy tovushni bir bosqichda qayta ishlamaydi; buning o'rniga u tovushning idrok etilgan joylashuvini bir nechta qayta ishlash bosqichlarida aniqlaydigan ketma-ket filtrlash operatsiyalarini qo'llaydi.
Bu vaqtinchalik ketma-ketlik klinik ahamiyatga ega. Ko'pgina zamonaviy eshitish apparatlari tovushning amplitudasi va chastotasini tiklaydi, lekin tashqi quloq tomonidan odatda bajariladigan fazoviy filtrlashni chetlab o'tadigan audio signallarni uzatadi.
Natijada, masalan, koxlear implant foydalanuvchilari ko'pincha tovushni lokalizatsiya qilishda qiyinchiliklarga duch kelishadi, bu muammo shovqinli muhitda nutqni tushunishga va umuman fazoviy idrokka ta'sir qiladi.
Nima uchun an'anaviy eshitish apparatlari kutilgan natijalarga mos kelmaydi
Standart eshitish apparatlari kiruvchi audio signallarni bosh bilan bog'liq uzatish funktsiyasini (HRTF) — tashqi quloq, bosh va tananing quloq pardasiga yetib borishidan oldin tovushga beradigan individual akustik javobini — saqlamasdan kuchaytiradi.
Bu imzo fazoviy ma'lumotni kodlaydi. U yo'q bo'lganda yoki buzilganda, eshitish korteksi kamaygan signalni qabul qiladi va tovushning kelib chiqishini ishonchli tarzda qayta tiklay olmaydi.
Koklear implantlar ham shunga o'xshash muammoga duch kelmoqda. Ular tovushni to'g'ridan-to'g'ri eshitish nerviga yetkaziladigan elektr impulslariga aylantiradi va kokleaning chastotani saralash mexanizmini chetlab o'tadi. Zamonaviy implantlar nutq chastotalarining funktsional diapazonini tiklasa-da, fazoviy aniqlik cheklanganligicha qolmoqda.
G'arb va boshqa muassasalarda o'tkazilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, binaural koxlear implantlardan foydalanuvchilar - ikkala qulog'ida ham moslamalar bo'lganlar - tovush joylashuvi vazifalarida normal eshitish qobiliyatiga ega odamlarga qaraganda ancha yomon natijalarga erishmoqdalar.
G'arblik tadqiqotchilar jamoasi tomonidan o'tkazilgan miya yarim korteksining fazoviy signallarni qanday qayta ishlashini batafsil xaritalash keyingi avlod qurilmalariga o'rnatilgan signalni qayta ishlash algoritmlari uchun asos bo'lib xizmat qilishi mumkin, bu implantlar va eshitish apparatlariga fazoviy ma'lumotlarni eshitish korteksi osonroq talqin qila oladigan formatda oldindan kodlash imkonini beradi.
Bu ish biotibbiyot muhandisligidagi kengroq sa'y-harakatlar bilan bog'liq - MITda invaziv bo'lmagan ultratovushli yurak stimulyatorlarini tadqiq qilish bilan o'xshash miqyosda - bu ham tananing o'z signalizatsiya arxitekturasini chetlab o'tish o'rniga, u bilan ishlash orqali fiziologik funktsiyani tiklashga qaratilgan.
Tadqiqotda audio gumbaz va fazoviy aniqlik
Gʻarb dasturining asosiy metodologik hissasi AudioDome boʻlib, u ovoz manbalarini oʻtirgan tinglovchi atrofidagi uch oʻlchovli makonda aniq belgilangan joylarga joylashtirish imkonini beruvchi sharsimon karnay tizimidir.
Alohida HRTF yozuvlariga tayanadigan va ko'pincha tovushni old, orqa yoki boshning ichki qismiga joylashtirishda xatolarga olib keladigan minigarnituralar tajribalaridan farqli o'laroq, AudioDome laboratoriya sharoitida erkin maydon tinglash sharoitlarini ta'minlaydi.
Bu aniqlik muhim, chunki miyada fazoviy axborotni qayta ishlash haqiqiy akustik muhitga moslashtiriladi. Ushbu sharoitlarga yaqin tajribalar kundalik eshitish uchun umumlashtirilishi mumkin bo'lgan neyron ma'lumotlarini beradi.
Ushbu usul tadqiqotchilarga bir xil fazoviy stimullarga kortikal javoblar normal eshitish qobiliyatiga ega tinglovchilar, yoshga bog'liq eshitish qobiliyatini yo'qotish va eshitish apparatlaridan foydalanish o'rtasida qanday farq qilishini sinab ko'rish imkonini beradi - bu avvalgi eksperimental usullar bilan erishish qiyin bo'lgan nazorat ostida taqqoslash.
Yoshga bog'liq eshitish qobiliyatini yo'qotish, presbikusis deb nomlanuvchi, fazoviy qayta ishlash buzilishlarini kuchaytiradi, chunki u muhim fazoviy signallarni, ayniqsa vertikal lokalizatsiya uchun olib yuradigan yuqori chastotali tovushlarni afzal ko'radi.
Tadqiqot G'arbiy Ontario Universitetida o'tkazilganligi va bolalardan tortib qariyalargacha bo'lgan butun hayot aylanishini qamrab olganligi sababli, natijalar nafaqat eshitish apparatlaridan foydalanuvchilarga, balki turli klinik guruhlarga ham tegishli.
Neyroshunoslikdan klinik qo'llanmaga yo'l
Kortikal xaritalash ma'lumotlarini qurilma dizayniga tarjima qilish tarixan yaqin hamkorlikda emas, balki parallel ravishda ishlagan ikkita fanni birlashtirishni talab qiladi. Audiologlar eshitish qobiliyatini yo'qotish darajasini tavsiflaydilar va qurilmalarni tanlaydilar; muhandislar akustik fizika tamoyillariga asoslanib signalni qayta ishlash quvurlarini loyihalashtiradilar.
Miya yarim korteksining buzilgan fazoviy signallarga qanday javob berishi haqidagi neyrobiologik ma'lumotlar dizaynga yo'naltiruvchi bo'lishi mumkin, bu bizga nafaqat qurilma uzatishi kerak bo'lgan chastotalarni, balki miya yarim korteksida lokalizatsiyani ta'minlash uchun signalning fazoviy axborot tuzilishini ham aniqlash imkonini beradi.
Bunday tarjimaning amaliy muddati Western jamoasi tomonidan aniqlangan kortikal imzolarni shaxslar bo'yicha qanday qilib takroriy o'lchash mumkinligiga va ular shaxsiylashtirilgan qurilma dasturlash uchun kalibrlash nishonlari bo'lib xizmat qilish uchun etarlicha barqarorligiga bog'liq.
HRTF geometriyasi va kortikal tashkil etilishidagi individual farqlar sezilarli, ya'ni populyatsiya darajasidagi topilmalarni klinik qo'llashdan oldin individual protokollarga moslashtirish kerak bo'lishi mumkin.
G'arbiy Universitetining Audiologiya va Neyroshunoslik Tadqiqot Dasturi ushbu ishni umr bo'yi eshitishdagi o'zgarishlarni hal qilishga qaratilgan uzoq muddatli sa'y-harakatlarning bir qismi sifatida ko'rib chiqadi - bu maqsad eshitish qobiliyatini yo'qotish eng katta kundalik muammolarga olib keladigan nazorat ostidagi laboratoriya sharoitlaridan o'zgaruvchan akustik muhitga o'tishda kortikal tadqiqotlar natijalarini saqlab qolishni talab qiladi.