Впервые подробно изучен механизм эхолокации у людей
Когда речь заходит об эхолокации (способности определять положение объекта по времени задержки возвращений отражённой волны), на ум сразу приходят летучие мыши и киты.
У летучих мышей, дельфинов и некоторых птиц эхолокация является врождённой способностью, помогающей в навигации, поиске пище и даже общении. Животное издаёт звук, вслушивается в эхо-сигналы, которые возвращаются от окружающих объектов, и понимает, на каком расстоянии те расположены, а также их примерный размер.
Считалось, что такой навык "видеть" мир через звуки в принципе не характерен для человека, хотя слабовидящие и слепые люди могут "натренировать" эту способность. Они учатся распознавать объекты на расстоянии, а кто-то даже использует эхолокацию в качестве замены для зрения. В ходе новой работы учёные решили разобраться, какие акустические механизмы человек использует при этом.
"Изучение этих акустических механизмов поможет нам понять, какую информацию использует человеческий мозг для эхолокации. А это, в свою очередь, обеспечит более широкое понимание наших когнитивных возможностей", — поясняет соавтор работы Лоре Талер (Lore Thaler) из Даремского Университета (Англия).
В феврале этого года учёные доказали, что люди с нормальным зрением способны определить размер виртуальных комнат, полагаясь на эхолокацию. Теперь же специалисты решили изучить акустические возможности более подробно и описать физическую сторону механизма.
Команда провела эксперимент с участием трёх добровольцев, в ходе которых акустическим сигналом послужил щелчок ртом. Все участники были слепыми и проходили квалифицированную подготовку по эхолокации, чтобы использовать её в повседневной жизни. Этот навык помогает им посещать новые места и даже кататься на велосипеде, отмечают авторы.
Каждого участника поместили в пустую комнату и попросили издавать щёлкающие звуки, помогающие этим людям ориентироваться в пространстве в повседневной жизни. Исследователи записали эти звуки и проанализировали их характеристики — пространственное распределение звуковых волн и диапазон производимых частот.
Результаты показали, что длительность щелчков составила в среднем три миллисекунды. В течение этого времени звук изменялся: щелчок начинался резко и громко, а затем звук становился более плавным и тихим.
Лучевая диаграмма аудиодорожки каждый раз была очень чёткой и целенаправленной (гораздо более целенаправленной, чем обычная человеческая речь). Пиковые частоты составляли от двух до четырёх килогерц, а если участник щёлкал ртом с дополнительным усилием, то показатель составлял до десяти килогерц.
После анализа записей специалисты составили математическую модель, которая может быть использована для синтеза щелчков рта человека, использующего эхолокацию. Это поможет в дальнейшей работе: учёные хотят создать виртуальную модель человеческой системы эхолокации, чтобы понять, как по коротким звукам можно выявить физические особенности объектов.
Эти знания буду полезны для развития технологий виртуальной и дополненной реальности, а также для создания адаптивных программ для слепых и слабовидящих людей.
Научная статья по итогам исследования опубликована в издании PLOS Computational Biology.
