Поскольку это действие, известное как эффект Ломбарда, происходит очень быстро, исследователи также смогли разгадать давнюю загадку, касающуюся нейронного механизма, стоящего за ним. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, они приходят к выводу, что это должен быть фундаментальный темпоральный рефлекс, а не, как считалось ранее, более глубокое когнитивное поведение, которое потребует больше времени на обработку. Результаты, которые проливают свет на основы человеческого контроля речи, также показывают, как такие разные виды, как рыбы, лягушки, животные и люди, обладают способностью быть услышанными в ходе схватки.
"Ученые вот уже столетие задаются вопросом: может ли существовать общий слуховой процесс, чтобы объяснить, как это явление происходит у рыб с лягушками, птицами и людьми, у видов с совершенно разными системами слуха??"сказал соавтор Нинад Котари, аспирантка Джонса Хопкинса в области психологии и наук о мозге. "Мы решили этот вопрос."
Новая информация может привести к лучшему лечению заболеваний, при которых эффект Ломбарда может быть усилен, таких как болезнь Паркинсона, а также может помочь в создании вспомогательных медицинских устройств.
Исследователи изучали летучих мышей, которые полагаются на эхолокацию, подобную эхолокации, – излучают звуки и прислушиваются к эхо – чтобы обнаруживать, отслеживать и ловить добычу. В отличие от людей, вокализация которых сравнительно длинная и медленная, летучие мыши идеально подходят для такого сенсомоторного исследования.
Их высокочастотное чириканье, незаметное для человеческого уха, быстрое и точное, что позволяет исследователям проверить пределы возможностей мозга млекопитающих.
Команда приучила больших коричневых летучих мышей оставаться на платформе, отслеживая насекомых, движущихся к ним на привязи.
Пока летучая мышь охотилась на насекомое, исследователи записали вокализацию летучей мыши с помощью массива из 14 микрофонов. Иногда исследователи позволяли летучей мыши охотиться в тишине, а иногда воспроизводили всплески мешающего белого шума различной интенсивности из динамика, расположенного перед летучей мышью.
Белый шум мешал эхолокации летучей мыши и заставлял летучую мышь издавать все громче и громче чирикать, как если бы кто-то пытался быть услышанным, сначала по громкому радио, затем из-за шума газонокосилки, а затем из-за рыка проходящего огня. двигатель.
Когда шум утихал, летучая мышь, так сказать, переставала кричать и издавала вокал на более типичном уровне.
Исследователи, которым удалось создать вычислительную модель для эффекта Ломбарда, применимого ко всем позвоночным, пришли к выводу, что мозг летучей мыши, человека или рыбы постоянно отслеживает фоновый шум и при необходимости регулирует уровень голоса.
Сначала слуховая система обнаруживает фоновый шум. Затем слуховая система измеряет уровень звукового давления и регулирует амплитуду вокализации для компенсации. Когда фоновый шум исчезает, снижается уровень звукового давления, а вместе с ним и уровень вокализации.
Авторы обнаружили, что весь этот сложный процесс происходит всего за 30 миллисекунд.
Даже с точки зрения почти мгновенных реакций мозга они называют этот рефлекс «чрезвычайно коротким»."
"Обычно мы дышим каждые три-пять секунд, наше сердце бьется один раз в секунду, а на моргание глаз уходит треть секунды. Если мы верим, что моргание происходит быстро, то скорость, с которой эхолокационная летучая мышь реагирует на окружающий шум, действительно шокирует: в 10 раз быстрее, чем мы моргаем глазами ", – сказал ведущий автор Джинхонг Луо, научный сотрудник Джона Хопкинса.
Ученые полагали, что эффект Ломбарда был намного медленнее: около 150 миллисекунд для птиц и летучих мышей и примерно от 150 до 175 миллисекунд для людей.
«В нашем исследовании эхолокационные летучие мыши являются ценными моделями животных для понимания взаимосвязей между слухом и вокализацией, включая управление речью у людей», – сказала Синтия Мосс, профессор психологии и нейробиологии Университета Джонса Хопкинса и соавтор.