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研究發(fā)現(xiàn)，盲人和視力正常的人都可以通過(guò)訓(xùn)練輕松掌握回聲定位法。

來(lái)源  The Atlantic

撰文  VERONIQUE GREENWOOD

翻譯 陸妍婷

審校 韓宇

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圖片來(lái)源：Mike Blake / Reuters

人類經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后會(huì)非常擅長(zhǎng)模式識(shí)別，這可能與在漫長(zhǎng)歷史中人類祖先能在斑駁的草叢中發(fā)現(xiàn)捕食者有關(guān)。而在今天，這種能力使各種各樣的事情成為可能。舉例來(lái)說(shuō)，先天或后天失明的人可以學(xué)習(xí)回聲定位，通過(guò)他們周圍反射的聲音來(lái)認(rèn)知世界。

科學(xué)家對(duì)這一特殊技能保持著持久的關(guān)注，他們好奇大腦在空間上如何解釋聲音所攜帶的信息。來(lái)自路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學(xué)的團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表了一個(gè)小型研究結(jié)果（論文信息見(jiàn)文末）。實(shí)驗(yàn)中，他們訓(xùn)練1個(gè)盲人和11個(gè)視力正常的人通過(guò)聲音推斷房間的大小，并同時(shí)掃描他們的大腦。

研究選擇位于德國(guó)格雷費(fèi)爾芬格具有高反射表面的小禮拜堂進(jìn)行，因其混響時(shí)間（即聲源停止發(fā)聲后，聲壓級(jí)減少60dB所需要的時(shí)間）足夠長(zhǎng)而不會(huì)受到直接聲音的干擾。

圖片來(lái)源：論文原文

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了附近教堂的數(shù)字化版本。當(dāng)躺在核磁共振成像儀中的受試者哼出聲音或用舌頭發(fā)出咔嗒聲或發(fā)出其他聲音時(shí)，他們會(huì)通過(guò)頭戴式耳機(jī)聽(tīng)到模擬出的教堂對(duì)那個(gè)聲音產(chǎn)生的回聲。

首先，研究者在一個(gè)本身幾乎沒(méi)有回音的房間里訓(xùn)練受試者通過(guò)房間產(chǎn)生的聲音區(qū)分出兩個(gè)計(jì)算機(jī)生成的房間哪個(gè)更大，受試者可以發(fā)出任何聲音來(lái)產(chǎn)生回聲。然后在主實(shí)驗(yàn)中，研究者讓受試者在不同的數(shù)字教堂中進(jìn)行同樣的測(cè)試，通過(guò)數(shù)字縮小或放大空間，測(cè)試受試者在無(wú)法繼續(xù)識(shí)別房間之間的區(qū)別前能夠判斷出相差多大的空間。

人腦的適應(yīng)力令人驚嘆不已

結(jié)果出乎意料。該研究第一作者，神經(jīng)科學(xué)家 Virginia Flanagin 說(shuō)道：“我們?cè)詾?，視力正常的人?yīng)該未曾學(xué)習(xí)做這樣的事，因此很可能會(huì)在這件事情上表現(xiàn)的很糟糕。”但是視力正常的受試者在識(shí)別空間相對(duì)大小時(shí)幾乎沒(méi)有遇到困難。最熟練的人可以識(shí)別出空間大小相差僅僅百分之四的房間，甚至稍差的人通常也可以識(shí)別出相差百分之六到八的房間，最糟糕的也能夠識(shí)別出百分之十六的差別?？傮w上來(lái)看，該實(shí)驗(yàn)測(cè)得的敏銳度（差異識(shí)別能力）實(shí)際上和一些視力測(cè)試中得到的結(jié)果在同一水平上。

此外，大腦掃描結(jié)果顯示出一些奇怪的現(xiàn)象：回音激活了視力正常受試者的運(yùn)動(dòng)皮層（大腦中控制運(yùn)動(dòng)的部分）。研究者讓受試者用舌頭發(fā)出回聲定位的咔嗒聲，但不再對(duì)他們播放相應(yīng)回聲，然后將相應(yīng)的掃描結(jié)果從聽(tīng)到回聲時(shí)產(chǎn)生的大腦掃描結(jié)果中減掉，以消除來(lái)自舌頭運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)皮層活動(dòng)。但即使移除舌頭運(yùn)動(dòng)的影響后，運(yùn)動(dòng)皮層仍然處于活躍狀態(tài)。事實(shí)上，大教堂比小教堂更能令大腦的這個(gè)區(qū)域活躍。Flanagin 認(rèn)為運(yùn)動(dòng)皮層以某種方式參與到了感覺(jué)信號(hào)的處理中。然而在盲人受試者身上，回聲則引起視覺(jué)皮層的活動(dòng)。

這些結(jié)果為未來(lái)工作打下了基礎(chǔ)，可借此研究視力正常的人經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后是否可以通過(guò)回聲定位能力完成更多復(fù)雜的事，例如穿越一個(gè)實(shí)際的門(mén)廊。Flanagin說(shuō)，這個(gè)想法的目的是了解一些盲人一開(kāi)始所能做到而正常人無(wú)法企及的事情的復(fù)雜程度，以及盲人大腦為幫助他們完成那些事而可能發(fā)生的變化?？傊?，大腦的適應(yīng)力以及在環(huán)境所需時(shí)迅速學(xué)習(xí)新技能的能力令人驚嘆不已。

援引每天通過(guò)自己的回聲定位能力到處行走的盲人領(lǐng)袖 DanielKish 的事例，F(xiàn)lanagin 論述道，“視力正常的人無(wú)法做到盲人能做到的事的唯一原因是他們不需要去做。”

原文鏈接：

https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/02/human-echolocation/517857/

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 論文基本信息

【題目】Human Exploration of Enclosed Spaces through Echolocation

【作者】Virginia L.Flanagin, Sven Sch?rnich, Michael Schranner et al.

【刊期】Journal ofNeuroscience

【日期】Feb. 08. 2017

【DOI】doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1566-12.2016

【摘要】Some blindhumans have developed echolocation, as a method of navigation in space.Echolocation is a truly active sense because subjects analyze echoes ofdedicated, self-generated sounds to assess space around them. Using a specialvirtual space technique, we assess how humans perceive enclosed spaces throughecholocation, thereby revealing the interplay between sensory and vocal-motorneural activity while humans perform this task. Sighted subjects were trainedto detect small changes in virtual-room size analyzing real-time generatedechoes of their vocalizations. Individual differences in performance wererelated to the type and number of vocalizations produced. We then askedsubjects to estimate virtual-room size with either active or passive sounds whilemeasuring their brain activity with fMRI. Subjects were better at estimatingroom size when actively vocalizing. This was reflected in the hemodynamicactivity of vocal-motor cortices, even after individual motor and sensorycomponents were removed. Activity in these areas also varied with perceivedroom size, although the vocal-motor output was unchanged. In addition, thalamicand auditory-midbrain activity was correlated with perceived room size; alikely result of top-down auditory pathways for human echolocation, comparablewith those described in echolocating bats. Our data provide evidence that humanecholocation is supported by active sensing, both behaviorally and in terms ofbrain activity. The neural sensory-motor coupling complements the fundamentalacoustic motor-sensory coupling via the environment in echolocation.

【鏈接】http://www.jneurosci.org/content/37/6/1614

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