Когда люди и животные пытаются быть услышанными из-за шума, они повышают голос. Это подвиг за долю секунды, от уха к мозгу и вокализации, и исследователи из Университета Джона Хопкинса первыми измерили, насколько быстро это происходит у летучих мышей: 30 миллисекунд. Это всего лишь десятая часть времени, необходимого для моргания, и рекорд для аудио-вокального ответа.
Поскольку это действие, известное как эффект Ломбарда, происходит очень быстро, исследователи также смогли разгадать давнюю загадку относительно нейронного механизма, стоящего за ним. В статье, опубликованной в Интернете на этой неделе журналом Proceedings of the National Academy of Sciences, они пришли к выводу, что это должен быть фундаментальный временной рефлекс, а не более глубокое когнитивное поведение, которое требует больше времени для обработки, как считалось ранее. Результаты, которые проливают свет на основы управления человеческой речью, также показывают, как такие разные виды, как рыбы, лягушки, животные и люди, разделяют способность быть услышанными в драке.
"Ученые уже столетие задаются вопросом: может ли существовать общий слуховой процесс, объясняющий, как это явление происходит у рыб, лягушек, птиц и людей, у видов с совершенно разными слуховыми системами?" сказал соавтор Нинад Котари, аспирант Джонса Хопкинса в области психологии и наук о мозге. "Мы решили этот вопрос."
Новая информация может привести к улучшению лечения 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 сонароподобную эхолокацию - издают звуки и слушают эхо - чтобы обнаруживать, отслеживать и ловить добычу. В отличие от людей, чьи вокализации сравнительно длинные и медленные, летучие мыши идеально подходят для такого сенсомоторного исследования. Их высокочастотное чириканье, незаметное для человеческого уха, быстрое и точное, что позволяет исследователям проверить возможности мозга млекопитающих.
Команда научила больших коричневых летучих мышей оставаться на платформе, отслеживая насекомых, движущихся к ним на тросе. Пока летучая мышь охотилась на насекомое, исследователи записывали вокализацию летучей мыши с помощью массива из 14 микрофонов. Иногда исследователи позволяли летучей мыши охотиться в тишине, в других случаях они воспроизводили мешающий белый шум разной интенсивности из динамика, расположенного перед летучей мышью.
Белый шум мешал эхолокации летучей мыши и заставлял летучую мышь издавать все громче и громче чириканье, мало чем отличающееся от того, кто пытается быть услышанным, сначала по громкому радио, затем по шуму газонокосилки, а затем по громкой связи. рев проезжающей мимо пожарной машины. Когда шум прекращался, летучая мышь, так сказать, переставала кричать и издавала звуки на более типичном уровне.
Исследователи, которым удалось создать вычислительную модель эффекта Ломбарда, применимого ко всем позвоночным, пришли к выводу, что мозг летучей мыши, или человека, или рыбы постоянно отслеживает фоновый шум и корректирует голосовые уровень по мере необходимости.
Сначала слуховая система обнаруживает фоновый шум. Затем слуховая система измеряет уровень звукового давления и регулирует амплитуду вокализации для компенсации. Когда фоновый шум прекращается, уровень звукового давления снижается, как и уровень вокализации.
Весь этот сложный процесс происходит всего за 30 миллисекунд, как выяснили авторы. Даже с точки зрения почти мгновенных мозговых реакций они называют этот рефлекс «удивительно коротким».
Обычно мы дышим каждые три-пять секунд, наше сердце бьется один раз в секунду, а моргание глаз занимает одну треть секунды. Если мы считаем, что глаза мигают быстро, то скорость, с которой летучая мышь с эхолокацией реагирует на окружающий шум, действительно шокирует: в 10 раз быстрее, чем мы моргаем нашими глазами», - сказал ведущий автор Джинхонг Луо, научный сотрудник Университета 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 служат ценными животными моделями для понимания связи между слухом и вокализацией, включая контроль речи у людей», - сказала Синтия Мосс, профессор психологии и наук о мозге Университета Джона Хопкинса, а также нейробиологии и соавтор. автор.