Удивительно быстрый мозговой механизм помогает летучим мышам говорить громче при необходимости
Чтобы быть услышанными в шуме, люди и животные повышают голос. Это мгновенный процесс от уха к мозгу и к голосовым связкам. Исследователи из Университета Джонса Хопкинса впервые измерили, как быстро это происходит у летучих мышей: 30 миллисекунд. Это в десять раз быстрее, чем моргание глаза, и рекорд для слухо-голосовой реакции.
Поскольку этот процесс, известный как эффект Ломбарда, происходит так быстро, исследователи также смогли решить давнюю загадку о его нейронном механизме. В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, они пришли к выводу, что это должен быть фундаментальный временной рефлекс, а не более сложное когнитивное поведение, требующее больше времени на обработку. Эти результаты проливают свет на основы речевого контроля у человека и показывают, как столь разные виды, как рыбы, лягушки, животные и люди, обладают общей способностью быть услышанными в шуме.
Исследователи изучали летучих мышей, которые полагаются на эхолокацию — испускание звуков и прослушивание эха — для обнаружения и поимки добычи. Их высокочастотные щелчки, неслышимые для человеческого уха, быстры и точны, что делает мышей идеальной моделью для сенсомоторных исследований.
- Мышей тренировали сидеть на платформе и следить за насекомым на привязи.
- Во время охоты вокализации мышей записывали 14 микрофонами.
- Иногда в тишине, иногда — с одновременным воспроизведением мешающего белого шума разной интенсивности.
Белый шум мешал эхолокации, заставляя мышей издавать всё более громкие щелчки — подобно человеку, повышающему голос в нарастающем шуме. Когда шум прекращался, мыши переставали «кричать» и возвращались к обычной громкости.
Выводы:
- Мозг (летучей мыши, человека или рыбы) постоянно отслеживает фоновый шум и при необходимости корректирует уровень вокализации.
- Процесс включает: обнаружение шума → измерение уровня звукового давления → корректировка амплитуды вокализации. При прекращении шума уровень вокализации снижается.
- Весь этот сложный процесс занимает всего 30 мс, что исследователи называют «поразительно коротким» рефлексом. Ранее считалось, что эффект Ломбарда у птиц, мышей и людей занимает около 150–175 мс.
«Если мы считаем, что моргание глаза быстро, то скорость, с которой эхолоцирующая летучая мышь реагирует на окружающий шум, поистине шокирует: в 10 раз быстрее, чем мы моргаем», — отметил ведущий автор Цзиньхун Луо.
Исследователи также создали вычислительную модель эффекта Ломбарда, применимую ко всем позвоночным. Новые данные могут помочь в лечении болезней, где этот эффект усилен (например, болезнь Паркинсона), и в создании вспомогательных медицинских устройств.