使用声音

看见盲人掰手指,点击音乐与她的舌头,或者踩她的脚画盯着大街上或在一个地铁车站,但这种行为,是打开一个充满活力的新的心理学的研究领域。

要让有视觉障碍的一些人(个人开始使用回声定位蝙蝠——使用的相同类型的导航技术和一些海洋哺乳动物——导航。从本质上说,他们是学习的对象在其环境的回声弹开。

回声定位本身不仅是一个吸引人的话题,但也提供了一个合适的范式从几个学科的角度研究神经可塑性。这个技术的人(不仅是盲目的,但也发现)可以学习相对容易,可以用来探测大脑如何处理小说感官信息。

一般的能力

曾几何时,回声定位在人类被称为“面感视觉”或“障碍。“事实上,术语“回声定位”是只在1944年创造的动物学家唐纳德·格里芬。最初,能够检测视力障碍没有一些盲人被认为是一项特殊的技能。科学家并不清楚它是如何工作的——也就是说,是否能够检测障碍没有愿景是由压力波在皮肤或声音。但是一组在1940年代进行的实验表明,声音和听觉的主要方面。这些早期的实验的视频,连同其他Web资源,是可用的在这里。

随后的研究表明,盲人和视力正常的人都可以开发技能,避免障碍没有愿景,只要他们有正常听力。总之,这些研究表明,“障碍”不是一个神秘的技能,只有一些盲人拥有,而是一般人的能力。

超越障碍检测

最初,回声定位的研究主要集中在检测障碍。但后来的研究进展从使用障碍检测任务来衡量人的能力测定方向距离,方向,形状,材料,运动,或大小。大多数研究利用“分类任务,”测量参与者的能力来识别从数量有限的选择。在1960年代,温斯洛普凯洛格介绍了心理物理方法人类回声定位研究,进行更细粒度的措施人们的回声定位能力。半岛体育官方网址入口研究人员利用心理物理方法来衡量人们的回声定位的位置(方向和距离)和大小。

Bo Schenkman为首的一群科学家(皇家理工学院,斯德哥尔摩,瑞典)和丹尼尔·罗文(英国南安普顿大学)也在调查取得进展的声学特性可能与人类相关回声定位。然而这项研究集中在回声从长白噪音信号而不是人们口中点击。虽然大多数研究集中在回声是人作为“感知”,重要的是要记住,回声定位是一个活跃的过程。例如,在日常生活中,人们把他们的身体和头部,同时测定方向。研究表明,蝙蝠“引导他们的声音梁”样本环境在回声定位;类似的,最近的调查由我们自己的群和神经生物学家路德维希Wallmeier(德国路德维希马克西米利安慕尼黑大学)和他的同事们已经强调,运动可以在人类成功的回声定位能力的一个重要组成部分。

声纳发射

在早期的研究中,声音(即。、声纳排放),人们产生回声,没有系统的控制,因此包括说话,哼,口中点击,脚步,cane-tapping声音,和其他的声音。但在2009年发表的一项研究中,研究人员由胡安·安东尼奥·马丁内斯罗半岛体育官方网址入口哈斯(Alcala大学西班牙)分析了各种声音的物理性质,认定口中点击可能对人类回声定位特别有用,因为他们是高度可再生的(即。,声音很稳定的在重复排放)。此外,嘴和耳朵之间的空间关系是固定的(相比之下,耳朵和环境之间的声音,脚步声,甘蔗水龙头,等等)。因为这些因素,人们可以解释的变化可听见的声音随着环境的变化而不是自己发出声音的变化。最近调查的多数人类回声定位检查mouth-click-based回声定位。点击往往3 - 15-millisecond-long瞬变(即。短,高烈度的声音),峰值频率大约6到8赫兹。

回声抑制

人类听觉系统通常显示了一个现象称为回声抑制人的认知,听到两个声音在快速连续,是由第一个两个声音。这种现象也被称为优先效应。Wallmeier和他的同事建议,回声抑制期间减少回声定位与“普通”空间听觉。底层机制目前尚不清楚。

回声定位能力的神经生物学

迄今为止,人类大脑区域参与回声定位的证据来自宠物或功能磁共振成像等研究使用神经影像学方法。1999年,神经系统科学家安妮·g . De Volder(比利时鲁汶天主教大学的)和他的同事们用宠物来测量大脑活动在正常人和盲人,他们使用一个echolocation-based感官替代设备。设备——其中包括一副眼镜配备超声波扬声器,两个超声波麦克风,两个耳机,一个处理单元——收购和解码超声波回声音响的声音发送到用户的耳机。声音的音高的声音传达的距离,和声音的双耳强度平衡转达了方向。组的研究半岛体育官方网址入口人员发现,盲目的主题,声音的处理从设备与大脑活动增加Brodmann地区(BA)(即17/18。,早期的“视觉”皮层)。虽然受试者在研究没有回声是本身,这是第一个证据表明信息来源于回声定位驱动器在盲人early-visual-cortex活动。

这些发现的鼓励下,我和我的同事在2011年进行了首次研究测量大脑活动在回声定位在两个盲人使用嘴点击训练回声定位。使用功能磁共振成像,我们发现,虽然听回声定位声音相比,控制声音,两参与者增加BA17的大脑活动。在这和后续研究中,我们还发现,BA17 echo-related活动较强的回声(即来自对侧的空间。比其他回声,侧偏好),活动模式变化的回声从中心向外围的空间(即。、调制与偏心率)。Wallmeier和他的同事们最近的一项功能磁共振成像研究已经证实的参与BA17在盲人的回声定位。我和我的同事们还发现,回波运动(即。、运动感知通过回声定位)激活脑区可能与大脑的视觉运动区域MT +和回声是表面的形状可能激活侧枕复杂(LOC),认为是大脑区域参与形状的视觉处理。我们也有发现,盲人和视力正常的人显示激活后顶叶皮层在回声定位的路径方向走,这个激活可能重叠的位置和区域参与处理视觉运动的行动。

总之,尽管只有少数的研究到目前为止关于自然回声定位的神经基质,越来越明显的是,传统的“视觉”大脑区域都在盲目的回声定位专家和回声定位这似乎激活特定的特性。

回声定位和失明

迄今文献表明,盲人更敏感的声波反射,即使他们不有意识地测定方向。例如,研究Chava Mu半岛体育官方网址入口chnik,系的教授沟通障碍在特拉维夫大学,以色列,发现盲人比视力正常的人有更好的能力来解决两个声音快速连续发生。也就是说,当一个盲人能够听到两个声音隔开一个简短的无声的差距,一个视力正常的人可能只听到一个合并后的声音。这可能与盲人的改进处理回声。研究表明,盲人通常比正常人对回声定位。生理学研究员安德烈·杜福尔(法国斯特拉斯堡大学)和他的同事们让盲人和视力正常的人判断sound-reflecting表面位置向右或向左,发现盲人受试者比的参与者更准确。然而也有差异的人失明。例如,我们已经表明,盲人在回声定位更擅长训练确定形状,大小,或距离的对象,而盲人和视力正常的人没有受过回声定位。此外,研究心理科学家San半岛体育官方网址入口tani腾(麻省理工学院)发现了一个正相关的发病年龄之间的回声定位能力和失明,表明在早期生活中失去视力的人往往更善于回声定位相比那些随着年龄的增长失去了视力。大脑的激活,我们已经表明,失明的人在视觉皮质回声定位可能招募和训练的处理回声。

在行为层面上,研究人员表明,回声定位可能的“替代”半岛体育官方网址入口的愿景。苏格兰赫瑞瓦特大学的心理学家Gavin白金汉,和他的同事们在西方大学大脑和思维研究所,加拿大,已经表明,回声定位在盲人可能引起错误的判断物体的重量。具体地说,去年发表在他们的研究心理科学表明,盲人训练回声定位(但不是盲人未经训练的回声定位)经历了“size-weight错觉”当他们使用回声定位的对象,然后判断体重多大。

值得注意的是,视力正常的人经历的错觉一样当他们使用正常的视力。此外,红细胞表面的研究人员半岛体育官方网址入口/ Visuo-Haptic史犬Perception实验室di Tecnologia意大利,随着心理科学家梅尔文a Goodale(西安大略大学、加拿大)显示,当被问及来判断两个声音的相对位置(使用spatial-bisection任务),盲人不是训练有素的回声定位显示赤字与视力的人。相比之下,正常人echolocators执行相当于盲人。该模式表明,回声定位可能取代视觉校准的外部听觉空间的人是盲目的。

这些结果,结合从脑成像结果,表明回声定位槽进入人类知觉系统(特别是盲人大脑)在某种程度上类似于视觉。

前景

研究人类的回声定位是蓄势待发。一些最近的研究在实验室里路德维希马克西米利安慕尼黑大学的神经生物学教授Lutz Wiegrebe调查了回声定位在虚拟echo-acoustic空间。在这些虚拟环境类似于在3 d视频游戏除了echo-acoustic而不是视觉的虚拟空间。使用虚拟echo-acoustic空间允许研究人员调查回声定位比可以在现实世界中更半岛体育官方网址入口大的灵活性,但在减少了现实主义的潜在成本或processing-imposed时间延迟。尽管如此,虚拟听觉空间是一种很有前途的技术,探索人类的回声定位,特别是在功能磁共振成像。

目前,我们缺乏计算模型,甚至一个过程模型,人类的回声定位是如何工作的。对其他模式,如视觉感知模型的发展导致了相当大的科学认识的进步。未来的研究将是一个重要的挑战人类回声定位的制定量化模型。

在过去的15年里,科学家们从不同的学科获得了相当大的见解感官能力和大脑重组在正常人和盲人使用visual-to-auditory或visual-to-tactile感官替代设备。哈佛医学院教授和他的同事们认为Alvaro pascual - leone大脑活动的变化与结构响应失明或许反映出“视觉”领域固有的能力来处理空间信息的其他感官——因此,在某种程度上,回声定位可以考虑类似于在行为和视觉神经的水平。这将是令人兴奋的将获得的研究结果调查使用回声定位与研究,例如,visual-to-auditory替换设备映射相似点和不同点在人类大脑神经可塑性的变化。œ

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