回声定位:人人都有的隐藏技能

2017-03-20 09:00 来源:环球科学 
2017-03-20 09:00:39来源:环球科学作者:责任编辑:肖春芳

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  研究选择位于德国格雷费尔芬格具有高反射表面的小礼拜堂进行,因其混响时间(即声源停止发声后,声压级减少60dB所需要的时间)足够长而不会受到直接声音的干扰。图片来源:论文原文

  人类经过训练后会非常擅长模式识别,这可能与在漫长历史中人类祖先能在斑驳的草丛中发现捕食者有关。而在今天,这种能力使各种各样的事情成为可能。举例来说,先天或后天失明的人可以学习回声定位,通过他们周围反射的声音来认知世界。

  科学家对这一特殊技能保持着持久的关注,他们好奇大脑在空间上如何解释声音所携带的信息。来自路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学的团队近期发表了一个小型研究结果(论文信息见文末)。实验中,他们训练1个盲人和11个视力正常的人通过声音推断房间的大小,并同时扫描他们的大脑。

  在这个实验中,该团队创建了附近教堂的数字化版本。当躺在核磁共振成像仪中的受试者哼出声音或用舌头发出咔嗒声或发出其他声音时,他们会通过头戴式耳机听到模拟出的教堂对那个声音产生的回声。

  首先,研究者在一个本身几乎没有回音的房间里训练受试者通过房间产生的声音区分出两个计算机生成的房间哪个更大,受试者可以发出任何声音来产生回声。然后在主实验中,研究者让受试者在不同的数字教堂中进行同样的测试,通过数字缩小或放大空间,测试受试者在无法继续识别房间之间的区别前能够判断出相差多大的空间。

  人脑的适应力令人惊叹不已

  结果出乎意料。该研究第一作者,神经科学家 Virginia Flanagin 说道:“我们原以为,视力正常的人应该未曾学习做这样的事,因此很可能会在这件事情上表现的很糟糕。”但是视力正常的受试者在识别空间相对大小时几乎没有遇到困难。最熟练的人可以识别出空间大小相差仅仅百分之四的房间,甚至稍差的人通常也可以识别出相差百分之六到八的房间,最糟糕的也能够识别出百分之十六的差别。总体上来看,该实验测得的敏锐度(差异识别能力)实际上和一些视力测试中得到的结果在同一水平上。

  此外,大脑扫描结果显示出一些奇怪的现象:回音激活了视力正常受试者的运动皮层(大脑中控制运动的部分)。研究者让受试者用舌头发出回声定位的咔嗒声,但不再对他们播放相应回声,然后将相应的扫描结果从听到回声时产生的大脑扫描结果中减掉,以消除来自舌头运动所导致的运动皮层活动。但即使移除舌头运动的影响后,运动皮层仍然处于活跃状态。事实上,大教堂比小教堂更能令大脑的这个区域活跃。Flanagin 认为运动皮层以某种方式参与到了感觉信号的处理中。然而在盲人受试者身上,回声则引起视觉皮层的活动。

  这些结果为未来工作打下了基础,可借此研究视力正常的人经过训练后是否可以通过回声定位能力完成更多复杂的事,例如穿越一个实际的门廊。Flanagin说,这个想法的目的是了解一些盲人一开始所能做到而正常人无法企及的事情的复杂程度,以及盲人大脑为帮助他们完成那些事而可能发生的变化。总之,大脑的适应力以及在环境所需时迅速学习新技能的能力令人惊叹不已。

  援引每天通过自己的回声定位能力到处行走的盲人领袖 DanielKish 的事例,Flanagin 论述道,“视力正常的人无法做到盲人能做到的事的唯一原因是他们不需要去做。”

  撰文 VERONIQUE GREENWOOD

  翻译 陆妍婷

  审校 韩宇

[责任编辑:肖春芳]

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