مغز ما توانایی بسیار چشمگیری در انتخاب یک صدا در میان انبوهی از صداها دارد. اکنون ، تیمی از متخصصان علوم اعصاب دانشگاه کلمبیا از مراحلی که در مغز انجام می شود تا این پدیده ی شاهکار ممکن شود پرده برداشته اند. اکتشاف امروز به حل یک سؤال علمی دیرینه کمک می کند که چگونه قشر شنوایی یا همان مرکز شنوایی مغز ، می تواند یک صدا را نسبت به دیگر صدا ها در زمان بسیار کم رمزگشایی و تقویت کند.
این دانش تازه یافته همچنین به دنبال توسعه فن آوری های سمعک و رابط های مغزی و رایانه ای است که بیشتر به مغز شباهت دارند.
دکتر نیما مسگرانی ، نویسنده ارشد مقاله و پژوهشگر اصلی در موسسه مورتیمر B در زوکرمن کلمبیا میگوید
توانایی ما برای تمرکز روی صدای شخص کناری ما در یک مهمانی پر سر و صدا بسیار خارق العاده است ، اما ما در مورد چگونگی عملکرد آن اطلاعات کمی داریم.
مطالعه امروز ما تفکر بسیارمهمی را ارائه میدهد که برای دانشمندان و مبتکرانی که برای بهبود فن آوری گفتار و شنوایی تلاش می کنند بسیار مهم است.
قشر شنوایی در واقع مرکز شنوایی مغز است. گوش داخلی سیگنالهای الکتریکی را به این ناحیه مغز ارسال می کند که نشان دهنده انبوهی از امواج صوتی از دنیای خارجی است. قشر شنوایی پس از آن باید صداهای معنی دار را از میان آن انبوه صداها انتخاب کند.
دکتر مسگرانی ، که همچنین استادیار مهندسی برق در مهندسی کلمبیا است میگوید
بررسی اینکه چگونگه قشر شنوایی صداهای مختلف را مرتب می کند ، مانند تلاش برای فهمیدن آنچه در یک دریاچه بزرگ میگذرد است، که در آن انواع قایق ، شناگر و ماهی در حال حرکت با چه سرعتی حرکت میکندد درحالی که الگوهای موج دار در آب به عنوان تنها راهنمای ما در حل این مساله است.
مقاله امروز براساس تحقیقات تیم ۲۰۱۲ انجام گرفته نشان می دهد كه مغز انسان در مورد صداهایی كه می شنود قدرت انتخابی دارد. این مطالعه نشان داد وقتی شخصی به کسی که صحبت می کند گوش می دهد ، امواج مغزی آنها تغییر می کند تا ویژگی های صدای گوینده را انتخاب کند و صدای دیگر را تنظیم کند. محققان می خواستند بفهمند که در آناتومی قشر شنوایی چه اتفاقی می افتد.
دکتر جیمز اوسالیوان اولین نویسنده مقاله میگوید
ما مدتهاست که می دانیم منطقه ی قشر شنوایی طوری در یک سلسله مراتب تنظیم شده است که رمزگشایی به طور مشخصی در چند مرحله اتفاق می افتد. اما اینکه چگونه صدای بلندگو خاص در این مسیر پردازش می شود را هنوز مشاهده نکرده ایم. برای درک این روند ، لازم بود که فعالیت عصبی را مستقیماً از مغز ضبط کنیم.
محققان به ویژه به دو بخش از سلسله مراتب قشر شنوایی علاقه داشتند که شامل چین (Heschl (HG و چین فوقانی تمپورال (STG) است. اطلاعات از گوش ابتدا به HG می رسد ، از طریق آن می گذرد و بعداً به STG می رسد.
برای درک این موضو‌ع تیمی از محققان و جراحان مغز و اعصاب تشکیل شد(اسامی این افراد در مقاله اصلی لیست شده است.)
این افراد مبتلایان به صرع را درمان میکردند که برخی از بیماران باید تحت جراحی منظم مغز قرار میگرفتند. برای این مطالعه ، بیماران داوطلبانه به صدای ضبط شده از افرادی که صحبت می کنند،گوش میکردند و دراین حین دکتر مسگرانی و سولویان امواج مغزی آنها را از طریق الکترودهای کاشته شده در مناطق HG یا STG بیماران تحت نظر داشتند.
الکترودها به تیم این امکان را دادند تا تمایز واضحی را بین نقش های دو ناحیه مغز در تفسیر صداها مشخص کنند. داده ها نشان داد که HG نمایی غنی و چند بعدی از مخلوط صدا را ایجاد می کند ، در نتیجه صداها هربار با اختلاف در فرکانس از هم جدا می شود. این منطقه هیچ ترجیحی برای یک صدا یا صدای دیگر نشان نداد. با این حال ، داده های جمع آوری شده از STG داستانی کاملاً متفاوت را بیان کردند.
دکتر سولویان میگوید
ما دریافتیم که می توان صدای یک بلندگو یا دیگری را بر حسب وزن صحیح سیگنال خروجی از HG تقویت کرد. بر اساس دریافت های ما ، این احتمال وجود دارد که منطقه STG آن وزن یابی را انجام دهد.
روی هم رفته ، این یافته ها تقسیم واضح و مشخصی از وظایف بین این دو منطقه از قشر شنوایی را نشان می دهد: HG نمایشگر است ، در حالی که STG انتخاب می کند. این اتفاقات در طی حدود ۱۵۰ میلی ثانیه رخ می دهد ، که برای شنونده فوری به نظر می رسد.
محققان همچنین نقش دیگری برای STG پیدا کردند. پس از انتخاب صدا ، STG یک شی شنوایی تشکیل میدهد ، درواقع بازنمایی از صدا که شبیه به بازنمایی ذهنی ما از اشیایی است که با چشمانمان می بینیم. این نشان می دهد که حتی هنگامی که یک صدا توسط منشا صوتی مبهمی شنیده میشود ، مثلاً وقتی دو نفر روی یکدیگر صحبت می کنند ، STG هنوز هم می تواند منشا صوتی مورد نظر را به عنوان یک کل واحد درنظر بگیرد که از میزان صدای رقیب بی تأثیر باشد.
اطلاعاتی که در اینجا جمع آوری شده می تواند بعنوان پایه ای برای الگوریتم هایی که این فرایند بیولوژیکی را به صورت مصنوعی همانند سمعک ها تکرار می کنند ، استفاده شود. در اوایل سال جاری ، دکتر مسگرانی و تیم وی اعلام کردند که یک سمعک کنترل شده توسط مغز ساخته اند ، که از یک چنین الگوریتمی برای تقویت صداهای یک بلندگو بر روی دیگر استفاده می کند.
محققان قصد دارند فعالیت HG و STG را در سناریوهای پیچیده که منشا صوتی بیشتری دارند یا همراه علائم بصری هستند را مورد مطالعه قرار دهند. این تلاش ها به ایجاد تصویری دقیق تر از نحوه عملکرد هر ناحیه قشر شنوایی کمک می کند.
دکتر مسگرانی میگوید.
هدف نهایی ما درک بهتر این مساله است که چگونه مغز ما به خوبی موفق به درک شنیده ها میشود تا فن آوری هایی را ایجاد کنیم که به افراد آسیب دیده کمک کند.
این آسیب در افرادی که از سکته مغزی جان سالم به در برده اند یا افراد کم شنوا دیده میشود. و مطالعه امروز یک راه مهم در این مسیر است.
این مقاله با عنوان “رمزگذاری سلسله مراتبی اشیاء شنیداری در حضور چند گفتار” ارائه شده است.
