Иллюстрация 1. Метод, использованный в эксперименте. Испытуемые слышали шум в течение часа, с тональным сигналом 1000 Гц (сигнал), звучащим каждые несколько секунд. Затем они услышали второй тон где-то между 250 Гц и 4000 Гц в течение одного из двух интервалов. Они указали на компьютере, когда (в каком из двух интервалов) они услышали тестовый сигнал.
Обработка звука в головном мозге стала более совершенной, чем считалось ранее. Когда мы слышим тон, наш мозг временно усиливает этот тон, а также любые тона, отделенные от него одной или несколькими октавами. 2 сентября исследовательская группа из Утрехта и Неймегена опубликовала статью на эту тему в журнале PNAS.
Мы слышим своим мозгом. Улитка улавливает звуковые колебания, но производимые в результате сигналы обрабатываются мозгом по известным шаблонам. Если, например, вы ненадолго слышите слабый тон, ваш слух фокусируется на этом тоне и подавляет любые частоты вокруг него. Это облегчает распознавание любых соответствующих звуков в вашем окружении. Настоящее исследование показало, что этот «фильтр слухового внимания» намного сложнее, чем считалось до сих пор: частоты, которые имеют октавную связь с целевым тоном, также слышны лучше.
Джон ван Опсталь, профессор биофизики в Университете Радбауд: «Этот тест доказывает, что мозг готовится к более обширному шаблону тонов, даже если человек просто слышит один тестовый тон или если он имеет в виду тон. Эти дополнительные тона в паттерне не звучали во время эксперимента, но мозг дополняет информацию, полученную от улитки. Это интересно с научной точки зрения. Аудиология, например, в настоящее время уделяет большое внимание улитке.’
Октавные отношения
Испытуемым, подвергавшимся эксперименту, пришлось нелегко. В течение часа они слушали неструктурированный шум, содержащий очень мягкие тона, которые им нужно было уловить. Каждые несколько секунд им подавался тон с частотой 1000 Гц. Затем в течение одного из двух временных интервалов прозвучал очень тихий короткий второй сигнал. Испытуемый должен был указать, в каком из двух интервалов он слышал второй тон. Стало очевидно, что все тоны, имеющие октавную связь с репликой, слышны лучше, а те, что находятся вокруг реплики, – хуже. Октава – это хорошо известный в музыке термин, обозначающий расстояние между двумя тонами, частоты которых имеют отношение 2 к 1.
Иллюстрация 2. Результаты эксперимента. Частоты звучащих тонов показаны в Гц по оси X. По оси Y отложен процент правильных ответов, данных испытуемыми (50% – чистое предположение). Когда второй тон совпадал с сигналом – 1000 Гц – обнаружение было лучше. Испытуемые хуже улавливали какие-либо звуки вокруг этого контрольного тона; они чаще указывали неверный временной интервал. Пики также появлялись при 250 Гц, 500 Гц, 2000 Гц и 4000 Гц; это было удивительно.
Голос
Ван Опсталь: «Мы хотели собрать данные о фильтре слухового внимания вокруг целевого тона. Когда мы увеличили диапазон, чем это делали ранее другие исследователи, внезапно появилось больше пиков. Для нас это было полной неожиданностью. Одно из возможных объяснений может заключаться в том, что слуховая система эволюционировала для того, чтобы слышать звуки, издаваемые представителями собственного вида животных (голоса в случае людей) в шумной обстановке. Вокализации всегда состоят из гармонических комплексов нескольких одновременных тонов, имеющих октавное отношение друг к другу.’
Слуховой аппарат
Исследователи, которые работают в Утрехтском университете, UMC Utrecht Brain Center и Radboud University Nijmegen, могут легко придумать приложения для этого фундаментального исследования. Если, например, кто-то больше не слышит высокие тона из-за повреждения волосковых клеток улитки, слуховой аппарат можно настроить таким образом, чтобы он преобразовывал эти тона, чтобы они звучали на одну или несколько октав ниже. Поскольку мозг сам «заполняет» тона октавными отношениями, восприятие этого человека должно стать более нормальным. Коммерческим звукорежиссерам также важно знать, как воспринимаются тона. Вот почему Philips Research участвует в этом исследовании в своем отделе «Мозг, тело и поведение».