Dlaczego ostre dźwięki są tak nie do zniesienia dla ludzkiego mózgu?
Większość z nas, jeśli nie wszyscy, uważa, że ostre odgłosy, takie jak te, które wywołują alarmy samochodowe, są trudne do zniesienia. Nowe badania dotyczą tego, co dzieje się w mózgu podczas ekspozycji na te bodźce słuchowe.
Odgłosy ruszania, takie jak alarmy samochodowe, odgłosy placu budowy, a nawet ludzkie krzyki, są bardzo trudne, jeśli nie niemożliwe do zignorowania, głównie dlatego, że są nieprzyjemne.
Co jednak dzieje się w naszych mózgach, kiedy słyszymy takie dźwięki i dlaczego uważamy je za tak nie do zniesienia?
Oto pytania, na które zespół naukowców z Uniwersytetu Genewskiego i Szpitali Uniwersyteckich w Genewie w Szwajcarii chciał odpowiedzieć w niedawnym badaniu.
Dlaczego ta kwestia jest ważna w pierwszej kolejności? W ich pracy badawczej - która pojawia się w czasopiśmie Nature Communications - wyjaśniają badacze, że wiąże się to z aspektami komunikacji.
„Pierwszym i najważniejszym celem komunikacji jest zwrócenie uwagi osób tego samego gatunku [osobników tego samego gatunku]” - piszą naukowcy - „proces, który można zoptymalizować, dostosowując intensywność sygnału, aby zmaksymalizować reakcje czuciowo-motoryczne odbiorcy”.
W neurobiologii istotność to cecha, która odróżnia coś od przedmiotów tego samego rodzaju. „Aby wzmocnić wrażliwość sensoryczną i zapewnić wydajne reakcje po stronie odbiorcy, ogólną strategią jest zwiększenie intensywności sygnału, np. Poprzez krzyki lub krzyki” - zauważają autorzy w artykule.
„Jednak wielkość sygnału nie jest jedynym parametrem, który zmienia się, gdy zwiększamy poziom dźwięku wokalu. Inną ważną pojawiającą się cechą jest chropowatość, tekstura akustyczna, która powstaje z szybko powtarzających się przejściowych stanów akustycznych ”- dodają.
Tak więc w swoich badaniach naukowcy najpierw ustalili zakres dźwięków, które są „szorstkie” i nieprzyjemne dla ludzkiego mózgu. Następnie przyjrzeli się obszarom mózgu, które aktywują te dźwięki.
Kiedy hałas staje się „nie do zniesienia”?
Naukowcy zrekrutowali 27 zdrowych uczestników w wieku od 20 do 37 lat, w tym 15 kobiet. Naukowcy pracowali z różnymi grupami tych uczestników przy różnych eksperymentach.
W przypadku niektórych z tych eksperymentów badacze odtwarzali uczestnikom powtarzające się dźwięki o częstotliwościach od 0 do 250 Hz (Hz). Grali również te dźwięki w coraz krótszych odstępach czasu, aby określić moment, w którym niektóre z tych dźwięków stały się nieprzyjemne.
„Zapytaliśmy […] uczestników, kiedy postrzegali dźwięki jako szorstkie (różniące się od siebie) i kiedy postrzegali je jako gładkie (tworzące jeden ciągły i pojedynczy dźwięk)” - mówi jeden z badaczy, Luc Arnal.
Zespół odkrył, że górna granica chropowatości dźwięku występuje, gdy bodziec osiąga około 130 Hz. „Powyżej tej granicy częstotliwości są słyszalne jako tworzące tylko jeden ciągły dźwięk” - wyjaśnia Arnal.
Aby dokładnie zrozumieć, kiedy szorstkie dźwięki stają się nieprzyjemne, badacze poprosili również uczestników - podczas słuchania dźwięków o różnych częstotliwościach - o ocenę tych dźwięków w skali od jednego do pięciu, przy czym pięć oznacza „nie do zniesienia”.
„Dźwięki uważane za niedopuszczalne zawierały się głównie w przedziale od 40 do 80 Hz, czyli w zakresie częstotliwości używanych przez alarmy i ludzkie krzyki, w tym krzyki dziecka” - zauważa Arnal.
Te nieprzyjemne dźwięki to te, które ludzie mogą odbierać z daleka - te, które naprawdę przyciągają naszą uwagę. „Dlatego alarmy wykorzystują te szybko powtarzające się częstotliwości, aby zmaksymalizować szanse na ich wykrycie i przyciągnąć naszą uwagę” - dodaje Arnal.
Naukowcy wyjaśniają, że kiedy bodźce słuchowe powtarzają się częściej niż mniej więcej co 25 milisekund, mózg ludzki nie jest w stanie przewidzieć różnych bodźców i postrzega je jako ciągły hałas, którego nie może zignorować.
Ostre dźwięki wywołują awersję w obszarach mózgu
Kiedy naukowcy monitorowali aktywność mózgu, aby dowiedzieć się, dlaczego mózg uważa te szorstkie dźwięki za tak nie do zniesienia, znaleźli coś, czego się nie spodziewali.
„Zastosowaliśmy wewnątrzczaszkowy [elektroencefalogram], który rejestruje aktywność mózgu w samym mózgu w odpowiedzi na dźwięki” - wyjaśnia współautor, Pierre Mégevand.
Naukowcy monitorowali aktywność mózgu, gdy uczestnicy słyszeli dźwięki, które przekraczały górną granicę chropowatości (powyżej 130 Hz), a także dźwięki w granicach, które uczestnicy ocenili jako szczególnie nieprzyjemne (między 40 a 80 Hz).
W pierwszym przypadku naukowcy zauważyli, że uaktywnia się tylko kora słuchowa w górnym płacie skroniowym, co „jest konwencjonalnym obwodem słyszenia”, jak zauważa Mégevand.
Jednak, gdy uczestnicy usłyszeli dźwięki w zakresie 40–80 Hz, inne obszary mózgu również się uaktywniły, ku wielkiemu zaskoczeniu badaczy.
„Dźwięki te pobudzają ciało migdałowate, hipokamp, a w szczególności wyspę wyspową, wszystkie obszary związane z odczuwaniem, niechęcią i bólem. To wyjaśnia, dlaczego uczestnicy postrzegali je jako nie do zniesienia ”.
Luc Arnal
„Teraz wreszcie rozumiemy, dlaczego mózg nie może ignorować tych dźwięków. Coś szczególnego dzieje się na tych częstotliwościach, a ponadto istnieje wiele chorób, które wykazują nietypowe reakcje mózgu na dźwięki o częstotliwości 40 Hz. Należą do nich choroba Alzheimera, autyzm i schizofrenia ”- mówi Arnal.
Idąc dalej, naukowcy planują przeprowadzić bardziej szczegółowe badania sieci mózgowych, które reagują na ostre dźwięki. Mają nadzieję dowiedzieć się, czy możliwe jest wykrycie pewnych schorzeń neurologicznych po prostu poprzez monitorowanie aktywności mózgu w odpowiedzi na określone dźwięki.
