Могут ли люди научиться слушать, как совы?

участники носили ушные вкладыши в повседневной жизни и проходили тестирование на локализацию звука

Питер Бремен (Peter Bremen), Erasmus MC, Роберт Ф. ван дер Виллиген (Robert F. van der Willigen), Роттердамский университет прикладных наук, А. Джон ван Опстал (A. John van Opstal), Марк М. ван Ванрой (Marc M. van Wanrooij), Университет Радбауд, Нидерланды, "Обучение локализации звуков, как у сипухи", biorxiv, февраль 2026.

Введение
И люди, и сипухи превосходно умеют определять местоположение звуков, несмотря на совершенно разные анатомические особенности слуховой системы и нейронную архитектуру. Сипухи обладают асимметрично расположенными ушами и специализированными нейронными механизмами, включая топографическую карту слухового пространства в среднем мозге, которые имеют решающее значение для их исключительных способностей к локализации. В отличие от этого, у людей симметричные уши и отсутствует подобная нейронная карта, однако они локализуют звуки с сопоставимой точностью.

На протяжении всей жизни люди сталкиваются с изменениями формы ушей и чувствительности слуха, которые изменяют пространственные ориентиры. Человеческая слуховая система демонстрирует замечательную пластичность в адаптации к таким изменениям на протяжении всей жизни, в том числе благодаря обучению после ношения ушных вкладышей, нарушающих восприятие звуков ушной раковиной, или после острой односторонней потери слуха путем затыкания уха. Визуальная информация может дополнительно способствовать пространственной перекалибровке слуха. Однако у этой пластичности есть пределы: сильная потеря слуха или экстремальные манипуляции, такие как смена источников звука в ухе, могут препятствовать адаптации. Мы исследовали, как люди адаптируются, когда им предстоит локализовать звуки, используя уши сипухи.

У человека мозг использует 3 основных акустических сигнала для определения направления звука: межушные временные различия и межушные различия уровней предоставляют информацию о горизонтальном (азимутальном) положении, в то время как моноуральные спектральные сигналы, создаваемые ушными раковинами, предоставляют информацию о вертикальном (возвышении) положении. Эти сигналы зависят от полосы пропускания: МВВ наиболее эффективны на низких частотах (<1500 Гц), МУР — на высоких частотах (>3000 Гц), а спектральные сигналы выше ~4000 Гц. Эти сигналы обрабатываются по специализированным путям ствола головного мозга и способствуют перцептивному представлению звукового пространства.

Сипухи, из-за меньшего размера головы, используют межушные разницы во времени (ITD) на более высоких частотах, чем люди. Для определения высоты они полагаются не на спектральные сигналы, а на зависящие от высоты межушные разницы во времени (ILD), возникающие из-за асимметричного расположения и ориентации ушей. Таким образом, их пространственная система слуха принципиально отличается от человеческой системы как по периферической анатомии, так и по центральной обработке.

Могут ли люди адаптироваться к радикально отличающейся конфигурации звуковых сигналов? Той, которая имитирует слуховую периферию сипух. Используя изготовленные на заказ асимметричные ушные вкладыши, мы ввели в сознание людей акустические сигналы сипух: были добавлены зависящие от высоты межушные расстояния, уменьшены спектральные характеристики, а межушные разницы во времени остались неизменными. Эта манипуляция отличается от более ранних исследований тем, что затрагивает пространственные сигналы в разных измерениях, а не в рамках одной области сигналов. Для проверки адаптивности участники носили вкладыши непрерывно в течение до 5 недель в повседневной жизни. Через регулярные интервалы оценивали их способность к локализации звука в лаборатории без визуальной обратной связи или обучения на месте. Использовали широкополосные (0,5–20 кГц), высокочастотные (3–20 кГц) и низкочастотные (0,5–1,5 кГц) шумовые импульсы для выделения вклада конкретных зависящих от спектра сигналов. Изучив динамику результатов и различия в типах стимулов, определили, может ли слуховая система человека заново научиться локализовать звуки, используя пространственные характеристики, напоминающие характеристики сипух.

Участники
В исследовании приняли участие одиннадцать человек (в возрасте 23-52 лет; 4 женщины), включая трех авторов, разделенных на две группы. У всех был нормальный слух и нормальное или скорректированное до нормального зрение.

Настройка
Участники сидели в центре моторизованного вертикального кольца для громкоговорителей (диаметр 2,5 м), установленного в звукоизолированной темной комнате (3 х 3 х 3 м), облицованной акустической пеной. На кольце установлено 58 громкоговорителей, что позволяло воспроизводить звук из различных пространственных точек, определенных в двойных полярных координатах, с азимутом (горизонтальным углом) и углом возвышения (вертикальным углом), заданными в градусах.

Компьютер управлял выбором говорящего, воспроизведением звука, отслеживанием движений головы и измерениями функции направленной передачи. Мы регистрировали движения головы с помощью метода магнитной поисковой катушки. Участники носили легкие очки (без линз), оснащенные поисковой катушкой и красным лазерным указателем, направленным на диск диаметром 1 см, расположенный на расстоянии 30 см перед глазами. Это обеспечивало видимость указателя, предотвращая при этом отвлекающие отражения от стен или динамиков. Мы преобразовывали напряжение катушки в градусы вращения, используя процедуры калибровки.

Звуки
Для поведенческого тестирования использовали импульсы гауссова белого шума (GWN), отфильтрованные в три спектральных диапазона: широкополосный (BB, 0,5–20 кГц), высокочастотный (HP, 3–20 кГц) и низкочастотный (LP, 0,5–1,5 кГц). Каждый импульс длился 150 мс, включая 5-миллисекундные нарастания и спад синусоидального/косинусоидального сигнала. Мы сгенерировали 100 уникальных шумовых реализаций для каждого спектрального условия и предъявляли их в случайном порядке во время тестовых сессий. Чтобы предотвратить использование участниками абсолютной интенсивности в качестве локализационного сигнала, случайным образом изменяли уровень звука. Уровень звука измерялся в положении головы участника с помощью шумомера BK2610 и микрофона BK4144.

Ушные вкладыши
Для каждого участника изготовили индивидуальные ушные вкладыши, заполнив ушную раковину силиконовым литьевым материалом, оставив слуховой канал свободным для обеспечения акустического доступа. Чтобы имитировать асимметричную морфологию уха сипух, мы придали вкладышам форму, содержащую направленные отражатели: левый вкладыш имел откидную часть над слуховым каналом для повышения чувствительности к звукам снизу, а правый вкладыш имел откидную часть под слуховым каналом для повышения чувствительности к звукам сверху.

Период адаптации
Участники носили изготовленные на заказ слепки сипухи в течение периода от 3 до 59 дней. Участники носили слепки в течение всего дня во время своей обычной повседневной деятельности и во время всех сеансов поведенческого тестирования, снимая их только во время сна.

Поведение, связанное с локализацией звука, оценивалось часто: до установки слепка и почти каждый будний день в течение всего периода адаптации. Важно отметить, что во время сеансов тестирования обратная связь по результатам не предоставлялась. Участники получали лишь случайную обратную связь, основанную на их ежедневном взаимодействии с окружающей средой.

Заключение
Столкнувшись с асимметрией ушей сипухи, мы проверили пределы пространственной пластичности слуха в условиях экстремальных возмущений, вызванных звуковыми сигналами. Измененные сигналы немедленно нарушили локализацию по высоте и вызвали межпространственные искажения, выявив устойчивость установленных сопоставлений сигналов с пространством. При длительном воздействии слушатели продемонстрировали небольшое, но надежное улучшение локализации по высоте, которое было наиболее выраженным для широкополосных звуков. Эта закономерность показывает, что адаптация не основывалась на переобучении новым спектральным сигналам ушной раковины, а вместо этого на совместном использовании бинауральных разностных сигналов, при этом низкочастотные межушные временные различия помогали уточнить зависящие от высоты межушные различия уровней. Даже в этих условиях обучение было медленным, вариативным и неполным, что указывает на серьезные ограничения способности слуховой системы взрослого человека к переназначению пространственных измерений.

Концептуальный вывод: Дайте людям асимметричные уши, как у сипухи, и они смогут научиться ими пользоваться — но лишь частично. Слуховой мозг достаточно гибок, чтобы переосмысливать новые формы уха, но при этом сильно ограничен в том, насколько он может заново усвоить принципиально иное слуховое пространство.

24.02.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия 2011 медицина

8 здоровых молодых людей выпивали 250 мл воды каждые 15 минут до тех пор, пока не могли больше подавлять мочеиспускание. Когнитивную функцию измеряли временными интервалами, которые были классифицированы следующим образом: базовый, средний, экстремальный
подробнее

Шнобелевская премия - 2003 - междисциплинарные

Стефано Гирландо, Лизелотт Джанссон, Магнус Енкист, Стокгольмский университет за исследование - Цыплята предпочитают красивых людей. Исследователи пришли к выводу - цыплята отдают предпочтение тому же типу лиц, что и люди, выбирающие сексуального партнера
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист