Die Physik der Tuning aus

(ISNS) – In einem überfüllten Raum, wie Sie konzentriere dich auf dein Begleiter Stimme unter Missachtung der Gespräche um Sie herum vorgeht? Ein digitales Modell der Cochlea, die muschelförmige Organ, das dient als Schnittstelle zwischen Schallwellen und das Nervensystem, schlägt das Ohr beginnt Hintergrundgeräusche herausfiltern, bevor sie sogar das Gehirn erreichen.

Studieren, wie das Gehirn auf eine einzelne Stimme, ein Phänomen bekannt als "cocktail-Party-Effekt" in schärft helfen entsperren, wie das Gehirn wahrnimmt, Klang. Aber es ist nicht nur über das Gehirn. Seit mehreren Jahrzehnten haben Forscher vermutet, dass andere Teile des auditorischen Systems auch eine große Rolle spielen.

Für das Gehirn, Klänge zu interpretieren braucht es Nerven bringen sie Signale aus dem Ohr. Aber es ist nicht nur eine Einbahnstraße. Das auditorische System auch so genannte ableitenden Nerven, die Signale aus dem Gehirn zurück zu dem Ohr tragen. Dadurch entsteht eine Feedback-Schleife innerhalb des auditorischen Systems, die selektive Aufmerksamkeit eine Rolle spielen kann.

"Es ist sehr schwer, physiologisch, aber testen Sie diese Idee" wies darauf hin, Jonathan Ashmore, Professor für Biophysik an der University College London Ear Institute. "Und noch schwerer zu denken, die Mechanismen, die die Idee umsetzen könnten."

Anstatt zu versuchen, dieses Problem zu lösen, indem wir auf biologische auditorischen Systems, Forscher an der Universität Zürich in der Schweiz behandelt das Thema aus einem anderen Blickwinkel: Physik. Sie testeten die Cocktailparty-Effekt auf ein digitales Modell der Cochlea.

Die Cochlea übersetzt nicht nur auditive Signale in Reize, die das Gehirn interpretiert werden kann, es verstärkt auch leise Töne. Um das Verhalten dieses Komplexes Organ zu simulieren, entwickelte das Zürich-Team von theoretischen Physikern, unter der Leitung von Ruedi Stoop, eine gigantische mathematische Gleichung im Jahr 2002. Obwohl die Gleichung der Cochlea Verhalten erfolgreich nachgeahmt, war es unhandlich, drei bis vier Stunden seine Berechnungen abgeschlossen.

So im Jahr 2004 Stoop Gruppe ihr Design vereinfacht und baute eine elektronischen Cochlea Modell unter Verwendung von Teilen, die sie in einem Elektronik-Shop gekauft. "Wir erhalten ein Gerät, das war einfach perfekt," erklärte Stoop. "Wir Ergebnisse reproduziert, dass man nicht sagen könnte, was aus der Biologie und der war aus dem Gerät."

Die Forscher ihre vereinfachte Cochlea Modell patentiert und dann übersetzt die physikalischen Apparat wieder in digitaler Form, verwandelte sie in ein Software-Programm. Diese künstliche Hörschnecke könnte die experimentelle Antworten der biologischen Orgel genau reproduzieren.

Stoop Team anschließend verwendet ihre Modell, um die cocktail-Party-Effekt zu studieren. Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht in Physische Überprüfung angewendet, zeigen, dass die Cochlea ist in der Lage, gezielt ein bestimmtes akustisches Signal, wie eine Stimme, basierend auf die Tonhöhe. Er weiß, was Muster um zu suchen wegen Feedback von den ableitenden Nerven.

Das Gehirn kann eine vertraute Stimme als eine Art Vorlage speichern. Wenn es, dass es auf diese Stimme konzentrieren will weiß, sendet er die Vorlage der Cochlea durch die ableitenden Nerven. Zu wissen, das klingt um zu erwarten, Melodien die Cochlea in auf Geräusche, die die Vorlage passen. Es wird also nicht durch Drehen Sie die Lautstärke der Stimme, sondern durch Dämpfung die Geräusche, die die Vorlage nicht übereinstimmen.

Diese Art von Feedback-Schleife ist innerhalb der Stoop Digitalmodell möglich. Aber beschreibt es die Art und Weise, wie das Gehirn und die Schnecke zu kommunizieren?

"Diese Art von Modell ist generisch--es fängt die Funktionen der Cochlea ganz einfach", sagte Ashmore. "Aber wir wissen nicht wirklich, was die biologische Umsetzung ist." Alles, was Sie wissen, ist, ob es die experimentellen Daten passt. Es wird als ein Spielplatz eingesetzt, die Möglichkeit der ableitenden Kontrolle prüfen."

Stoop hofft, dass sein Modell eines Tages auch andere Anwendungen haben könnte. Es könnte zu besseren Cochlea-Implantate. Und die Prinzipien, die hinter der Software zur Verbesserung der sound Anerkennungsprogramme gehen könnte. Stoop auch vorgeschlagen, dass empfindliche Ton Detektoren in, sagen, Ihr Auto möglicherweise in der Lage zu erkennen und diagnostizieren Motor Probleme.

Ashmore ist weniger optimistisch. "Cochlea-Modelle können hilfreich bei der Gestaltung besser Cochlea-Implantate oder einige künftige Prothese schlecht funktioniert oder beschädigt inneren Ohren ersetzt werden. Das ist ein bisschen weit hergeholt, aber es ist nicht unmöglich. Wenn Sie eine bionische Ohr wollten, müssten Sie mit einigen dieser Cochlea-Designs im Auge zu entwerfen. "Aber ich weiß nicht, ob dieses Modell einfach elektronisch umzusetzen ist."

Diese Geschichte wurde von innen Wissenschaft-News-Service bereitgestellt. Sophie Bushwick ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in New York City. Ihre Arbeiten erschienen in zahlreichen Print- und Online-Outlets. Sie twittert auf @sophiebushwick.