Как в эфире разбирается сигнал в шумах?..
29.12.2016 08:51| Повышение квалификации |
Чтобы услышать правильное слово среди окружающего шума, наш мозг использует хитроумный нейронный механизм.
Мы редко задумываемся об этом, но на самом деле у нашего слуха есть одна удивительная способность – умение расслышать то, что нужно, даже если вокруг очень шумно.
Разговаривая с собеседником, например, на улице, где всё вокруг наполнено звуками машин и чужой речью, мы, тем не менее, понимаем друг друга, хотя слова, что мы говорим, часто попросту тонут в окружающем гаме. Всё выглядит так, как будто наш слух – точнее, наш мозг – сам дополняет нерасслышанные звуки. Очевидно, мозг использует тут какой-то трюк, и в статье в Nature Communications исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско объясняют, в чём этот трюк состоит.
В экспериментах Мэтью Леонарда (Matthew Leonard) и его коллег участвовали пять больных эпилепсией, которых должны были хирургическим путём избавить от заболевания и которым сделали предварительную операцию на головном мозге, вживив в него электроды для того, чтобы найти больные нейроны. К таким операциям часто подключаются нейробиологи, занятые решением фундаментальных задач – потому у таких больных (и с их согласия, разумеется) можно живьём увидеть работу человеческого мозга. За распознавание речи у нас отвечает верхняя височная извилина коры, и у каждого прооперированного пациента на неё поставили целую панель из 256 электродов, чтобы в деталях рассмотреть процесс «слышания нерасслышанного».
Участники эксперимента слушали слово, в котором один звук заслонял шум, и то, что удавалось расслышать, можно было понять двояким способом (например, если в слове «порода» выпадет «р», то услышанное можно будет понять и как «породу», и как «погоду»). Сигналы, которые испускает верхняя височная извилина, можно соотнести с разными звуками речи, то есть по её активности можно понять, какой именно звук узнал мозг. Оказалось, что в случае со словами по типу «породы», в которых один из звуков был закрыт шумом, верхняя височная извилина «слышала» вовсе не шум – она представляла себе на этом месте один из равновероятных звуков.
Хотя чистое восприятие звука и его интерпретация, по сути, разные задачи, в эксперименте «буквенный ответ» возникал в извилине спустя десятые доли секунды после того, как до мозга доносился шум посреди слова. Точно такое же время, то есть буквально те же доли секунды, нужно для того, чтобы различить ясно звучащее слово (например, слово «порода») и понять, что оно отличается от другого, похожего на него (то есть от «погоды»). Отсюда авторы работы делают вывод, что распознавание речевых звуков происходит, что называется, в реальном времени, и что здесь нет никакого размышления над правильным вариантом, которое могло бы иметь место после того, как пропущенный звук дошёл до «отдела интерпретации».
То есть всё выглядит так, что верхняя височная извилина, чья задача – слышать звуки речи, в сомнительных случаях нимало не раздумывает над тем, что она услышала, а просто подставляет пропущенный звук. А если слово непростое, вроде «погоды–породы», то звук окажется либо тот, либо другой, и, если слово стоит само по себе, то мы в конечном счёте и услышим либо один вариант, либо другой – потому что верхняя височная извилина случайным образом выберет либо одно, либо другое.
Но слова-то обычно стоят не сами по себе, а в предложениях, так что о том, что именно мы слышим, можно догадаться по контексту. Если мы с кем-то обсуждаем погоду, и собеседник произносит фразу «Сегодня на дворе плохая по...ода», где на месте многоточия у нас над ухом каркнула ворона, то мы всё равно услышим «погоду», а не «породу». Однако, когда участникам эксперимента предлагали послушать такие фразы, одновременно наблюдая за всё той же верхней височной извилиной, то оказалось, что извилина по-прежнему интерпретирует шум по-разному, подставляя на его место то правильные звуки, то неправильные. Но тогда сама собой возникает мысль, что выбор нужного звука зависит ещё от чего-то, ещё от какого-то центра контроля. Действительно, исследователям удалось обнаружить некую область ближе к переднему краю мозга, которая включалась примерно за полсекунды до верхней височной извилины и которая помогала услышать то слово, которое нужно.
Итак, что же происходит, когда мы не можем разобрать из-за шума пару-тройку гласных или согласных? Во-первых, речевой анализатор в верхней височной извилине, считывая речь из окружающих звуков, вполне способен подставлять нужные речевые звуки, не обращая внимания на помехи. Но если результат может оказаться двусмысленным, если требуется анализ контекста, то тогда подключается другая область коры, которая опережает верхнюю височную извилину, проделывает что-то вроде «семантического предсказания» и тем самым помогает услышать правильное звучание.
Как это происходит, как осуществляется процедура «семантического предсказания» со стороны той самой «дополнительной зоны», авторы работы надеются выяснить в своих будущих исследованиях.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: nkj.ru
Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/30276/ (Наука и жизнь, Как мы слышим друг друга сквозь шум)
Чтобы услышать правильное слово среди окружающего шума, наш мозг использует хитроумный нейронный механизм.
Мы редко задумываемся об этом, но на самом деле у нашего слуха есть одна удивительная способность – умение расслышать то, что нужно, даже если вокруг очень шумно.
Разговаривая с собеседником, например, на улице, где всё вокруг наполнено звуками машин и чужой речью, мы, тем не менее, понимаем друг друга, хотя слова, что мы говорим, часто попросту тонут в окружающем гаме. Всё выглядит так, как будто наш слух – точнее, наш мозг – сам дополняет нерасслышанные звуки. Очевидно, мозг использует тут какой-то трюк, и в статье в Nature Communications исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско объясняют, в чём этот трюк состоит.
В экспериментах Мэтью Леонарда (Matthew Leonard) и его коллег участвовали пять больных эпилепсией, которых должны были хирургическим путём избавить от заболевания и которым сделали предварительную операцию на головном мозге, вживив в него электроды для того, чтобы найти больные нейроны. К таким операциям часто подключаются нейробиологи, занятые решением фундаментальных задач – потому у таких больных (и с их согласия, разумеется) можно живьём увидеть работу человеческого мозга. За распознавание речи у нас отвечает верхняя височная извилина коры, и у каждого прооперированного пациента на неё поставили целую панель из 256 электродов, чтобы в деталях рассмотреть процесс «слышания нерасслышанного».
Участники эксперимента слушали слово, в котором один звук заслонял шум, и то, что удавалось расслышать, можно было понять двояким способом (например, если в слове «порода» выпадет «р», то услышанное можно будет понять и как «породу», и как «погоду»). Сигналы, которые испускает верхняя височная извилина, можно соотнести с разными звуками речи, то есть по её активности можно понять, какой именно звук узнал мозг. Оказалось, что в случае со словами по типу «породы», в которых один из звуков был закрыт шумом, верхняя височная извилина «слышала» вовсе не шум – она представляла себе на этом месте один из равновероятных звуков.
Хотя чистое восприятие звука и его интерпретация, по сути, разные задачи, в эксперименте «буквенный ответ» возникал в извилине спустя десятые доли секунды после того, как до мозга доносился шум посреди слова. Точно такое же время, то есть буквально те же доли секунды, нужно для того, чтобы различить ясно звучащее слово (например, слово «порода») и понять, что оно отличается от другого, похожего на него (то есть от «погоды»). Отсюда авторы работы делают вывод, что распознавание речевых звуков происходит, что называется, в реальном времени, и что здесь нет никакого размышления над правильным вариантом, которое могло бы иметь место после того, как пропущенный звук дошёл до «отдела интерпретации».
То есть всё выглядит так, что верхняя височная извилина, чья задача – слышать звуки речи, в сомнительных случаях нимало не раздумывает над тем, что она услышала, а просто подставляет пропущенный звук. А если слово непростое, вроде «погоды–породы», то звук окажется либо тот, либо другой, и, если слово стоит само по себе, то мы в конечном счёте и услышим либо один вариант, либо другой – потому что верхняя височная извилина случайным образом выберет либо одно, либо другое.
Но слова-то обычно стоят не сами по себе, а в предложениях, так что о том, что именно мы слышим, можно догадаться по контексту. Если мы с кем-то обсуждаем погоду, и собеседник произносит фразу «Сегодня на дворе плохая по...ода», где на месте многоточия у нас над ухом каркнула ворона, то мы всё равно услышим «погоду», а не «породу». Однако, когда участникам эксперимента предлагали послушать такие фразы, одновременно наблюдая за всё той же верхней височной извилиной, то оказалось, что извилина по-прежнему интерпретирует шум по-разному, подставляя на его место то правильные звуки, то неправильные. Но тогда сама собой возникает мысль, что выбор нужного звука зависит ещё от чего-то, ещё от какого-то центра контроля. Действительно, исследователям удалось обнаружить некую область ближе к переднему краю мозга, которая включалась примерно за полсекунды до верхней височной извилины и которая помогала услышать то слово, которое нужно.
Итак, что же происходит, когда мы не можем разобрать из-за шума пару-тройку гласных или согласных? Во-первых, речевой анализатор в верхней височной извилине, считывая речь из окружающих звуков, вполне способен подставлять нужные речевые звуки, не обращая внимания на помехи. Но если результат может оказаться двусмысленным, если требуется анализ контекста, то тогда подключается другая область коры, которая опережает верхнюю височную извилину, проделывает что-то вроде «семантического предсказания» и тем самым помогает услышать правильное звучание.
Как это происходит, как осуществляется процедура «семантического предсказания» со стороны той самой «дополнительной зоны», авторы работы надеются выяснить в своих будущих исследованиях.
Источник: nkj.ru
Подробнее см.: http://www.nkj.ru/news/30276/ (Наука и жизнь, Как мы слышим друг друга сквозь шум)