Впервые подробно изучен механизм эхолокации у людей

Результаты работы пригодятся для создания адаптивных программ для слепых и слабовидящих людей.

Фото terimakasih0/pixabay.com.

Иллюстрация акустической картины щелчков рта для эхолокации человека.

Иллюстрация Lore Thaler.

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.

Иллюстрация акустической картины щелчков рта для эхолокации человека.

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.