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神经科学表明,盲人可以通过听觉“看到”一个物理空间

当一个人失去一种感官时,其他感官通常会得到补偿。《生活科学》报道称,一项研究显示,对先天失明或三岁前失明的人进行脑部扫描,“与研究中没有失明的人相比,他们的听觉、嗅觉和触觉都增强了。”同样,“天生失聪的人可能会发展出一种‘超视觉’来补偿他们失去的听力。《每日电讯报》

感觉补偿的一个例子是盲人掌握了回声定位的技能——通过听他们用嘴发出的咔哒声的回声来“看到”他们周围环境的能力。这些个体可以在许多不同的环境中导航,包括骑自行车或者在树林里徒步旅行。

上周的博客文章是关于信号的发送,并讨论了这些专家回声定位器的咔哒声是如何共享与典型人类语言不同的声学特性的。本周的重点是当声波返回人时会发生什么。他们的大脑如何处理接收到的信号?

大脑是如何“看到”咔哒声的

慕尼黑大学的一项新研究发现,盲人不仅磨练了他们的代偿感,而且实际上他们使用大脑的不同部分来处理输入。研究人员研究了用于回声定位的声音在盲人和正常人身上是如何处理的。研究人员发现,盲人参与者的大脑处理视觉的区域被激活了——声音刺激了视觉皮层。

这项研究发表在神经科学杂志当人类回声定位器试图确定虚拟空间的大小时,大脑的哪些区域被激活。在他们的研究中,一个房间的声音模型是用MATLAB

“实际上,我们拍摄了一个教堂的声学照片,然后我们能够通过计算改变这张声音图像的规模,这允许我们随意压缩它或扩大虚拟空间的大小,”LMU生物学系教授、论文的主要作者Lutz Wiegrebe说。

真实封闭空间的声音模型。A,物理室的照片(Old St. Stephanus, Gräfelfing,德国)与头部和躯干模拟器。B,左右声音模型的频谱图。C,虚拟房间经过0.7、0.5、0.2因子压缩后的大小变化。下图为三种压缩因子对应的左耳室脉冲响应谱图。颜色刻度与第二行相同。图片来源:《神经科学杂志》,Wiegrebe等。

参与者被训练去听与房间大小变化相对应的声音差异。他们在核磁共振成像仪中戴着耳机,嘴里发出咔哒声。回声通过耳机回放给他们听。功能性核磁共振成像(fMRI)记录了实验中他们大脑的哪些区域是活跃的。图像处理和数据分析SPM8

主动和被动回声定位。A,行为:在主动(蓝色)和被动(红色)回声定位中,受试者对四种房间大小感知的房间大小的评分。B,神经影像学:主动回声定位和被动回声定位之间的差异激活显示主动回声定位期间更强的运动活动。图片来源:《神经科学杂志》,Wiegrebe等。

虽然所有受试者都能在一定程度上成功地利用回声定位来确定房间的大小,但在有视力的受试者和盲人受试者中,对反射声音做出反应的大脑区域有所不同。这些声音激活了视力正常的人的运动皮层,促使他们发出更多的咔哒声。在盲人受试者中,视觉皮层被激活——他们“看到”了房间大小的变化。

“初级视觉皮层可以执行听觉任务,这是对人类大脑可塑性的一个显著证明,”Wiegrebe说。

LMU的研究人员正在利用这项研究中获得的信息开发一种训练计划,帮助盲人学习使用舌头点击进行回声定位。

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