Uciążliwe echo - Centrum Nauki Kopernik

Uciążliwe echo - Centrum Nauki Kopernik

Eksperymentuj!
Uciążliwe echo
Wszyscy znamy złudzenia wzrokowe. Ale próby oszukania narządu słuchu także mogą dać ciekawe rezultaty. Twój mózg traci na przykład orientację, gdy
słyszysz własny głos z niewielkim opóźnieniem. Albo
gdy informacje płynące z oczu przeczą sygnałom
docierającym z uszu.
CENTRUM NAUKI
KOPERNIK
Trochę teorii
asz mózg nie tylko „planuje” to, co
za chwilę powiemy, ale także kontroluje słowa już wypowiedziane. Dzięki
temu, gdy się przejęzyczymy, możemy
naprawić swój błąd niemal natychmiast,
korzystając z informacji płynących z ucha
do mózgu. Ta umiejętność nie jest nam
jednak dana od urodzenia. Mózg dopiero uczy się analizować słowa, rozpoznawać ich znaczenie, a później, podczas
nauki czytania, odcyfrowywać znaczenie liter i wyrazów. Mózg uczy się też,
z jakim opóźnieniem dociera do niego
dźwięk tego, co czytamy. Powinno być
ono minimalne, bo przecież odległość
od ust do uszu jest niewielka.
Okazuje się, że zwiększenie tego
opóźnienia może niezwykle utrudniać
nam skupienie się na czytanym tekście.
Jeśli zaczynamy słyszeć wypowiadane
słowa później, niż dzieje się to na co
dzień, mózg nie nadąża z analizowaniem nowej dla niego sytuacji. W efekcie mylimy się przy czytaniu pierwszych
zdań, a po pewnym czasie nie jesteśmy
w stanie dalej czytać ze zrozumieniem
nawet prostego tekstu.
W trakcie czytania informacja w postaci wyrazów i zdań jest odbierana
przez nasze oczy, a następnie w postaci
impulsów nerwowych przekazywana do
kory wzrokowej w płatach potylicznych.
Po wstępnej obróbce wędruje dalej, do
obszaru mózgu zwanego polem Wernickego, znajdującego się w (zwykle
lewym) płacie skroniowym. Pobudzenie
tej części mózgu decyduje o rozumieniu
sensu czytanego tekstu. Z pola Wernickego informacja wędruje dalej, m.in. do
sąsiadującego z nim pola Broki, które
jest tzw. polem efektorowym, to znaczy
odpowiada za artykulację – wypowiadanie słów. Można powiedzieć, że tam zachodzi bezgłośne odczytywanie widzianego tekstu. Z pola Broki impulsy biegną
do innych części kory mózgowej, które
z kolei przekazują informację do mięśni
gardła i ust zaangażowanych w mówienie. Ostatnim ogniwem łańcucha jest
reakcja na wypowiedziane głośno słowa
przekazywana do mózgu przez uszy.
Oczywiście to, co słyszymy, dociera do
mózgu z opóźnieniem w stosunku do
tego, co odczytujemy, ale mózg kojarzy
te dwie czynności tak, że bodźce wzrokowe i słuchowe się wzmacniają. Wielu
osobom łatwiej jest czytać na głos czy
choćby półgłosem.
Podobnie rzecz się ma z rozpoznawaniem mowy. Okazuje się, że niebagatelną rolę w prawidłowym słyszeniu
odgrywają… oczy. Gdy widzimy osobę,
która do nas mówi, możemy lepiej zrozumieć, co mówi, nawet w trudnych
warunkach (hałas, inne głosy, echo).
Wzrok nie tylko „powtarza” informacje,
jakie dostaje słuch, lecz także pomaga
rozróżnić dźwięki, które brzmią podobnie, ale „wyglądają” inaczej, np. „ba”
„ga” i „da”. Dzięki temu w trudnych
warunkach akustycznych rozumienie
mowy może się poprawić nawet o 70-80%. Często zdarza się, że za bardzo
polegamy na wzroku zamiast na słuchu.
Na tym polega efekt McGurka. Jeśli widzimy kogoś mówiącego „ba”, a do
ucha dociera dźwięk „ga”, to do mózgu
dociera mieszanka obu bodźców i próba
ich połączenia sprawia, że słyszymy „da”.
Efekt ten jest tak trwały, że nie zanika
nawet po kilkuset powtórzeniach.
Jeśli opóźnienie, z jakim nasz własny
głos dociera do ucha, wydłuża się ponad „zaprogramowaną” normę, mózg
robi się „zdezorientowany”. Słyszenie
innych (wcześniejszych) słów niż te,
które są w danej chwili artykułowane,
sprawia, że dalsze czytanie staje się niemożliwe. Większość ludzi już po kilku
sekundach nie potrafi kontynuować
głośnego odczytywania widzianego
tekstu. Jeśli jednak skupimy się wyłącznie na tym, co widzimy (mózg preferuje
wtedy informację wzrokową) – czytanie
tekstu na powrót staje się wykonalne.
Mózg zaczyna po prostu ignorować
słuchowe bodźce, które go rozpraszają
(podobnie jak na przyjęciu zaczynamy
po pewnym czasie ignorować hałas
rozmów, które nas nie dotyczą). Dzięki
temu możemy znowu odczytywać tekst
ze zrozumieniem.
Ignorowanie pewnych dźwięków jest
zresztą wpisane w działanie ludzkiego
mózgu. Jeśli dwa identyczne dźwięki
o tej samej względnej intensywności,
ale z różnych źródeł, dotrą do naszych
uszu w odstępie mniejszym niż 30-40
milisekund, usłyszymy tylko pierwszy
(bliższy) z nich. Drugi „znika” w wyniku
tzw. bezwiednego hamowania sensorycznego. Każda komórka nerwowa
po pobudzeniu musi „odpocząć”. Jeśli
kolejny bodziec dotrze do niej w trakcie
tego odpoczynku, to go po prostu pominie. Zjawisko to określamy mianem
efektu Haasa. Wykorzystuje się je np.
przy nagłaśnianiu dużych koncertów.
Oddalone od sceny głośniki ustawia
się tak, by dźwięk docierał do nich
z takim samym opóźnieniem, z jakim
„oryginalny” dźwięk ze sceny dociera
do uszu słuchaczy przez powietrze.
Dobra kalibracja sprawia, że nie ma
wrażenia pogłosu i słuchacze odbierają
muzykę tak, jakby źródło dźwięków
pozostawało na scenie. Ten sam efekt
Haasa pozwala nam też rozkoszować
się przestrzennym dźwiękiem przy zastosowaniu tylko dwóch głośników.
Dobrze zaprogramowany system sprawia, że słyszymy dźwięk jako docierający z tyłu, choć głośniki znajdują się
przed nami.
tworzenie słów
wymawianie słów
słyszenie słów
widzenie słów
Werbalne porozumiewanie się angażuje wiele obszarów mózgu. Gdy czytamy, pracuje
inna część kory (rys. pierwszy od prawej), niż gdy kogoś słuchamy (drugi od prawej).
Jeszcze inny obszar jest aktywny, gdy sami coś mówimy (drugi od lewej), spora część
kory czołowej (pierwszy od lewej) uczestniczy zaś w tworzeniu słów na bazie widzianych
„podpowiedzi” (np. utworzenie czasownika „uderzać” od rzeczownika „młotek”)
Fot. Corbis, Archiwum x2; rys. Magorzata Świentczak
Eksperymentuj!
N
O historii
S
łowo „echo” pochodzi od imienia
greckiej nimfy. Według jednej z legend zadaniem Echo było zagadywanie
królowej bogów Hery tak, by ta nie zauważyła licznych erotycznych wypadów
swojego męża Zeusa. Gdy Hera przejrzała
podstęp, przeklęła krnąbrną nimfę, która
od tej pory mogła tylko powtarzać to, co
powiedzieli inni. Według innej legendy
to bożek Pan ukarał Echo za to, że nie
chciała obdarzyć go uczuciem. Zabił ją,
a szczątki rozrzucił po świecie, gdzie możemy je słyszeć do dzisiaj.
Jednym z ważnych osiągnięć medycyny w XIX wieku było odkrycie, że zdolność mowy (artykułowania dźwięków)
jest zakodowana w konkretnych obszarach mózgu.
W 1861 roku Pierre Paul Broca, francuski chirurg i antropolog, w trakcie
wykonywania sekcji zwłok mężczyzny,
który stracił zdolność mówienia i nie był
w stanie powiedzieć nic więcej niż jedną
sylabę, odkrył w jego mózgu uszkodzenia niewielkiego obszaru w płacie skroniowym lewej półkuli. Wyciągnął z tego
wniosek, że to właśnie ten fragment
mózgu musi wiązać się z umiejętnością
mówienia.
Pierre Paul Broca i Carl Wernicke przeszli do historii jako odkrywcy obszarów mózgu
związanych z umiejętnością mowy i jej rozumieniem. Ośrodek mowy Broki aktywizuje
się, kiedy mówimy, a obszar Wernickego wówczas, gdy analizujemy mówiony tekst
Nieco później, w bardzo podobny
sposób swojego odkrycia dokonał Carl
Wernicke (1848-1904), tarnogórzanin,
profesor uniwersytetów we Wrocławiu i w Halle, psychiatra i neurolog.
Znalazł on u pacjentów z problemami
w wysławianiu się uszkodzenia mózgu na granicy między lewym płatem
skroniowym a płatem ciemieniowym.
Uznał więc, że ten właśnie obszar mózgu jest odpowiedzialny za rozumienie
Współczesne zastosowania
Z
jawisko „autoecha” wykorzystali
polscy naukowcy – Andrzej Czyżewski i Marek Roland-Mieszkowski
z Politechniki Gdańskiej – konstruując
kilka lat temu nowatorski korektor
mowy dla osób jąkających się. Korektor ten łączy w sobie dwa zjawiska
znane wcześniej z tego, że pomagają
pokonać jąkanie. Pierwszym jest opóźnianie mowy, a drugim tzw. transpozycja widma dźwięku, czyli jego podwyższenie lub obniżenie. Korzystając
z aparatu, osoba jąkająca się słyszy
w słuchawkach echo swoich słów, ale
„wypowiadane” głosem nieco wyższym lub niższym niż własny. Badania
prowadzone przez Instytut Fizjologii
i Patologii Słuchu wykazały, że prawie
96% osób, które korzystały z aparatu
około sześciu miesięcy po pięć godzin
dziennie, zaczęło mówić płynniej. Co
ważne, efekt utrzymywał się nawet do
pięciu godzin po zdjęciu aparatu.
Efekt echa wykorzystano też w specjalnej „protezie” dla niedosłyszących
nazwanej Goldfish. Wkładany do ucha
niewielkich rozmiarów aparacik wciąż
nagrywa to, co dzieje się dookoła,
i przechowuje w pamięci ostatnie
10 sekund nagrania. Jeśli zatem czegoś nie dosłyszeliśmy, zamiast dopytywać się i prosić o powtórzenie,
możemy po prostu machnąć ręką koło
ucha, a usłyszymy wypowiedziane
przed chwilą słowa jeszcze raz, głośniej. Nazwa urządzenia ma związek
z faktem, że złote rybki (ang. goldfish)
mają podobno pamięć obejmującą
właśnie mniej więcej 10 sekund.
Co łączy Marilyn Monroe,
Rowana Atkinsona, Tigera Woodsa,
Bruce’a Willisa i Jerzego Owsiaka?
Wszyscy oni mieli bądź mają
problem z jąkaniem się
mówionego tekstu. Rzeczywiście do
dzisiaj pole Wernickego uznawane jest
za centrum pojmowania mowy. I choć
dziś wiemy, że za zdolności do mówienia i rozumienia tego, co słyszymy,
odpowiada o wiele więcej obszarów
kory mózgowej, to właśnie prace obu
naukowców pokazały, że dominującą
rolę w zdolności do mówienia i rozumienia mowy odgrywa lewa półkula
mózgu.
A to ciekawe
cho pojawia się zazwyczaj dopiero wtedy, gdy opóźnienie względem pierwotnego sygnału przekracza
1/10 sekundy. Przy prędkości dźwięku
rzędu 343 m/s w temperaturze ok.
20°C oznacza to, że abyśmy mogli je
usłyszeć, obiekt odbijający (np. ściana
czy zbocze góry) musi znajdować się
w odległości co najmniej 16,2 m od
źródła fal dźwiękowych (i od nas).
Dopiero kilka lat temu naukowcy
znaleźli w mózgu miejsca, które odpowiadają za łączenie wzrokowych i słuchowych bodźców związanych z mową
(2001 – Buchara, 2004 – Macaluso).
W przypadku gdy źródło dźwięku jest
w innym miejscu, niż go oczekujemy
(efekt brzuchomówcy), uaktywnia się
prawy dolny płacik ciemieniowy. Za
wykrywanie spójności bądź niespójności dźwięku z obrazem odpowiada zaś
prawa wyspa. Co ciekawe, stwierdzono, że dzieci do 6.-7. roku życia, jeśli
spotykają się z niespójnością bodźców
(co innego widzą, co innego słyszą),
częściej polegają na słuchu, podczas
gdy dorośli częściej kierują się wzrokiem.
U 96-99% osób praworęcznych
przetwarzaniem mowy zajmuje się
lewa półkula mózgu i to tam znajdują się opisywane ośrodki mowy,
Nie warto przestawiać mańkutów na pisanie prawą ręką. Oszczędności na mydle
(pisząc lewą, brudzą ją, przesuwając po świeżym atramencie) nie rekompensują
możliwych kłopotów z wymową (jąkania). Poza tym leworęczni, pisząc, ćwiczą nie
tylko rękę i oko, lecz także pamięć; nie widząc tego, co piszą, muszą to zapamiętać
podczas gdy aż u 30% mańkutów
koordynacja mowy znajduje się w prawej, dominującej u nich, półkuli, tam
gdzie u wszystkich przetwarzane są
pozostałe dźwięki (muzyka, głosy
zwierząt). Niektóre uszkodzenia mózgu mają wpływ tylko na rozumienie
mowy. Np. tylko zniszczenie lewego
(u praworęcznych) zakrętu Herschla
sprawia, że nie potrafimy rozróżnić
sylab dźwięcznych („da”, „ba”, „ga”)
od bezdźwięcznych („ta”, „pa”, „ka”).
Uszkodzenia prawego nie mają dla
mowy większego znaczenia.
Więcej doświadczeń
Fot. Centrum Nauki Kopernik, Corbis
W internecie
1. Wykonaj to doświadczenie wspólnie
z kolegą lub koleżanką. Oboje musicie
mieć telefony komórkowe. Stańcie po
dwóch stronach dużego pokoju i zacznijcie rozmowę przez telefon. W trakcie rozmowy zbliżajcie się do siebie aż
do momentu, gdy staniecie naprzeciwko
siebie w odległości ok. 1 m. Czy coś
wam przeszkadza w rozmowie? A teraz
przejdźcie do dwóch oddzielnych, zamkniętych pomieszczeń – czy też macie
problemy z rozmową? Co spowodowało zakłócenia w rozmowie?
2. Do przeprowadzenia drugiego
eksperymentu będziesz potrzebował
pomocy dwóch osób. Wejdźcie do
sali gimnastycznej. Stań na środku
sali. Niedaleko ciebie po lewej stronie powinna ustawić się pierwsza
CENTRUM NAUKI
KOPERNIK
pomagająca ci osoba, a po prawej
stronie, w najdalszym kącie, druga.
Na umówiony sygnał obie osoby jednocześnie pozdrawiają cię krótkim
okrzykiem „Hej!”. Jeśli dobrze zgracie
czas, to usłyszysz tylko jeden okrzyk.
Zadziała tu efekt Haasa, zgodnie z którym słyszymy tylko pierwszy z dwóch
podobnych dźwięków, jeśli dochodzą
do naszych uszu w odstępie mniejszym
niż 30-40 ms. W tym przypadku, jeśli
obie pomagające ci osoby zawołają
jednocześnie, usłyszysz tę stojącą bliżej. Dźwięk od osoby po prawej ma
do przebycia dłuższą drogę, biegnie
więc dłużej. Jeśli jednak ustawiona
bliżej osoba zacznie mówić moment
później niż oddalona, to usłyszysz tylko tę drugą, za to głośniej.
Jak działa nasz słuch
http://faculty.washington.edu/
chudler/bigear.html
Znani jąkający się
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_
stutterers
Test słuchu
www.fono.pl/html/test/quiz.html
Więcej o budowie narządu słuchu
http://ctl.augie.edu/perry/ear/
hearmech.htm
www.kopernik.org.pl
Eksperymentuj!
E