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钱娱乐平台_实验证明:能回声定位的不再只有蝙蝠,人类也可以!

2020-01-10 11:41:28

钱娱乐平台_实验证明:能回声定位的不再只有蝙蝠,人类也可以!

钱娱乐平台,盲人丹尼尔·基什能像蝙蝠一样依靠回声定位,以此穿行于一个新的环境中、描述一辆汽车的形状、识别远处一栋楼房的建筑特征,甚至还可以骑自行车。视频中,他在ted的演讲上分享了自己神奇的生活经验。

现在,研究者发现,像丹尼尔·基什这样的“超能力”也可以后天习得,普通人也可以像蝙蝠一样回声定位。在此之前,我们都错过什么了?

图中所示的声波图符合科学家的研究结果。红线代表人嘴发出的咔嗒声的常见波形,蓝色图案代表人嘴发出咔嗒声后,声波在空间中的行进路线。

对一个盲人来说,丹尼尔·基什(daniel kish)的“视力”超乎你的想象。和很多失明者一样,基什依靠非视觉感官来感知、描绘和穿行于这个世界。但不同的是,他的这种能力相当奇异。原因在于,基什能回声定位,就像蝙蝠一样。

小时候,基什自己学着用嘴发出尖锐的咔嗒声,然后把周围物体反射的回声转换成空间信息。在一段视频中,基什利用他的这种能力,穿行于一个新的环境中、描述一辆汽车的形状、识别远处一栋楼房的建筑特征,甚至还可以骑自行车。

尽管拥有这种非凡的能力,但基什认为,自己没什么特别的。“长期以来,盲人一直在利用各种形式的回声定位,效果有好有坏。”他说。

而且,回声定位能力可以通过后天习得。

基什在ted上演讲

作为盲人无障碍组织(world access for the blind)的总裁,基什的使命之一是帮助盲人学习用声音来烹饪、旅行和远足,用声音来办事,过上更加独立的生活。“但我们从未系统地研究过自己是如何进行回声定位的,也没有研究过它的原理,或者怎样才能达到最佳效果。”

对于这些问题,近日发表于《plos计算生物学》的一项研究给出了大致的答案。该研究测量了基什和其他两位回声定位者用嘴发出的咔嗒声,然后把测量结果转换成了计算机信号。

杜伦大学心理学家洛尔·泰勒(lore thaler)带领一群研究人员,在一间消声室里开展了上述研究。这间屋子的墙是双层结构,还有一扇沉重的铁门,同时配备了泡沫等大量隔音材料。在消声室里,你听不见外面的任何声音;在里面说话时,也几乎没有任何回声。

那么,在消声室里如何回声定位呢?

我问基什有何感受,满心以为他会把这称为一种感官剥夺。结果我错了。基什说,对他而言,这个地方“听起来”仿佛是置身于一个无限广阔的草场中央,面前有一道铁丝栅栏。

回声定位者各自发出的三次咔嗒声的波形

有了这个独特的空间,泰勒的团队就可以记录并分析基什与其他两位回声定位者用嘴发出的数千声咔嗒声。研究人员使用了微型麦克风,一个放在受试者嘴边,其余的则在他们周围摆成一圈,每个相隔10度,并用细铁丝悬挂于不同的高度。麦克风和细铁丝必须要很小才行,因为设备越大,反射的声音就越多,就会影响测量结果的准确性。

泰勒的团队最初以为,不同的回声定位者发出的咔嗒声,其声学特性会不一样。但实际上,他们发出的声音很相似。泰勒发现,这些声音具有明亮(大约有3千赫和10千赫两个高音频率)和短暂的特征,只持续3毫秒即消失。

研究人员还分析了回声定位者用嘴发出声音之后,声波在空间中的行进路线。“你可以把它想象成声音手电筒。”泰勒说,“当你打开手电筒时,光线分布在空间中,其中很多射向前方,但有些也会向左右两边散开。”咔嗒声的波束方向以类似的方式在空间中分布,只不过一个是光线,一个是声音。

研究人员发现,受试者的口中发出咔嗒声后,波束方向大致集中于一个60度的锥形范围内,比说话声的范围更窄。泰勒把变窄的原因归结为咔嗒声的明亮音调。高频音调往往比低频音调更具方向性。如果你搭建过环绕声系统,你就知道,高音扬声器的摆放位置比低音扬声器的摆放位置更加重要。

泰勒团队利用这些测量结果,模拟出了声学特性类似于真正咔嗒声的声音。

这些合成的咔嗒声可以用来研究人类的回声定位能力。由于像基什这样的回声定位高手少之又少,这类研究常常受到限制。

“现在,我们可以在现实世界中用喇叭,或者在虚拟环境中用电脑,来模拟回声定位能力,以便在人类身上进行试验之前,提出各种假设。”泰勒说,“我们可以创造虚拟人物、物体和环境,就像你在电子游戏中所做的一样,然后针对虚拟人物听到的声音,建立模型。”通过这样的初步研究,泰勒和其他研究人员可以改进他们的假设,然后再邀请回声定位高手参与实验,看看模型与真实情况的匹配程度。

但这些模型不会是完美的。为了确保测量的前后一致性,基什和其他两位受试者必须在消声室里静止不动。“但在现实世界中,他们会转头,会改变咔嗒声的声学特性,这可以让他们更多地掌握周围的环境信息。”约翰霍普金斯大学的神经科学家辛西娅·莫斯(cynthia moss)说。

尽管如此,莫斯称这项研究很有价值,有助于我们了解人类如何进行回声定位,甚至能借此开发出新设备,让更多的人拥有回声定位能力。毕竟,并非所有人都能像基什那样熟练地用嘴发出咔嗒声。“我研究过一位打响指的人,但他的手很快就会累。”莫斯说。要是有一种设备能发出音调准确的信号,可以不必再学习用嘴发出咔嗒声,那真是盲人的福音。

我问基什,假如有一种设备可以像他那样发出声音,他对此有何看法。他说,这样的东西已经有了。在他的学生中,大约有三分之一的人无法或者不愿用嘴发出咔嗒声。“但如果你把响板放到他们手中,你马上就能看到效果。”他说,“它们发出的声音非常悦耳,出奇地明亮、通透和连贯。”

但基什说,他完全赞成开发更多的设备,进行更多的研究。“我们知道,这些信号对回声定位过程至关重要。蝙蝠利用它们,鲸鱼利用它们,人类也利用它们。所以,我们应该去研究、了解和优化那些信号。”有了泰勒等人建立的模型,基什的愿望也许终会实现。

翻译:于波

来源:wired

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