stringtranslate.com

Эхолокация человека

Человеческая эхолокация — это способность людей обнаруживать объекты в своем окружении, воспринимая эхо от этих объектов, активно создавая звуки: например, постукивая тростью , слегка топая ногой, щелкая пальцами или издавая щелкающие звуки ртом. Люди, обученные ориентироваться с помощью эхолокации, могут интерпретировать звуковые волны , отраженные близлежащими объектами, точно определяя их местоположение и размер.

Фон

Термин «эхолокация» был придуман зоологом Дональдом Гриффином в 1944 году. Но это явление было известно и раньше, например, Дени Дидро сообщил в 1749 году, что слепые люди могут определять местоположение молчаливых объектов. [1] Человеческая эхолокация известна и официально изучается, по крайней мере, с 1950-х годов. [2] Раньше человеческую эхолокацию иногда описывали как «лицевое зрение» или «чувство препятствий», поскольку считалось, что близость близлежащих объектов вызывает изменения давления на кожу. [3] [4] [5] Только в 1940-х годах серия экспериментов, проведенных в Корнеллской психологической лаборатории, показала, что звук и слух, а не изменения давления на кожу, были механизмами, управляющими этой способностью. [1] Область человеческой и животной эхолокации была исследована в форме книги еще в 1959 году [6] (см. также White, et al. (1970) [7] ).

Многие слепые люди пассивно используют естественное эхо окружающей среды, чтобы ощущать детали окружающей среды; однако другие активно производят щелчки ртом и способны оценивать информацию об окружающей среде, используя эхо от этих щелчков. [8] Как пассивная, так и активная эхолокация помогают слепым людям ощущать окружающую среду.

Те, кто может видеть свое окружение, часто не воспринимают эхо от близлежащих объектов из-за явления подавления эха, вызванного эффектом предшествования . Однако, при обучении зрячие люди с нормальным слухом могут научиться избегать препятствий, используя только звук, что показывает, что эхолокация является общей человеческой способностью. [9]

Лор Талер руководил исследователями в Университете Дарема, чтобы определить, могут ли они научить людей эхолокации. За десятинедельный период они обучили ей 12 слепых и 14 других людей, которые не были слепыми. [10]

Механика

Зрение и слух схожи в том, что каждое из них подразумевает обнаружение отраженных волн энергии. Зрение обрабатывает световые волны, которые распространяются от своего источника, отражаются от поверхностей по всей окружающей среде и попадают в глаза. Аналогично слуховая система обрабатывает звуковые волны, когда они распространяются от своего источника, отражаются от поверхностей и попадают в уши. Обе нейронные системы могут извлекать большой объем информации об окружающей среде, интерпретируя сложные узоры отраженной энергии, которые получают их органы чувств. В случае звука эти волны отраженной энергии называются эхом .

Эхо и другие звуки могут передавать пространственные данные, которые во многих отношениях сопоставимы с данными, передаваемыми светом. [11] Слепой путешественник, использующий эхо, может воспринимать очень сложные, подробные и специфические особенности мира с расстояний, намного превосходящих досягаемость самой длинной трости или руки. Эхо может предоставлять информацию о природе и расположении объектов и особенностях окружающей среды, таких как выступы, стены, дверные проемы и ниши, столбы, восходящие бордюры и ступени, ящики для цветов, пешеходы, пожарные гидранты, припаркованные или движущиеся транспортные средства, деревья и другая листва и многое другое. Эхо может давать подробную информацию о местоположении (где находятся объекты), размере (насколько они велики и их общая форма) и плотности (насколько они твердые). Местоположение обычно разбивается на расстояние от наблюдателя и направление (слева/справа, спереди/сзади, высоко/низко). Размер относится к высоте объекта (высокий или низкий) и ширине (широкий или узкий).

Понимая взаимосвязи этих качеств, можно многое понять о природе объекта или нескольких объектов. Например, объект, который является высоким и узким, может быть быстро распознан как столб. Объект, который является высоким и узким у основания, но широким у вершины, будет деревом. Что-то, что является высоким и очень широким, регистрируется как стена или здание. Что-то, что является широким и высоким в середине, но при этом короче на обоих концах, может быть идентифицировано как припаркованный автомобиль. Объект, который является низким и широким, может быть клумбой, подпорной стенкой или бордюром. И, наконец, что-то, что начинается близко и очень низко, но отступает вдаль по мере того, как становится выше, является набором ступеней. Плотность относится к прочности объекта (твердый/разреженный, твердый/мягкий). Осознание плотности добавляет богатство и сложность к имеющейся у вас информации. Например, объект, который является низким и твердым, может быть распознан как стол, в то время как что-то низкое и разреженное звучит как куст; но объект, который высокий, широкий и очень редкий, вероятно, является забором. [12]

Области мозга, связанные с эхолокацией

Связанная с эхом активность в мозге рано ослепшего, обученного эхолокатора показана слева. В мозге зрячего человека, не обученного так сильно (показано справа), слушающего те же самые эхо, никакой активности не наблюдается

Некоторые слепые люди умеют эхолокировать безмолвные объекты, просто щелкая ртом и слушая возвращающееся эхо. Хотя было проведено мало исследований нейронной основы человеческой эхолокации, в этих исследованиях сообщается об активации первичной зрительной коры во время эхолокации у слепых экспертов-эхолокаторов. [1] [13] [14] Движущий механизм этого явления перераспределения областей мозга известен как нейропластичность .

В исследовании Талера и его коллег 2014 года [15] исследователи сначала сделали записи щелчков и их очень слабых эхо с помощью крошечных микрофонов, помещенных в уши слепых эхолокаторов, когда они стояли снаружи и пытались идентифицировать различные объекты, такие как автомобиль, флагшток и дерево. Затем исследователи воспроизводили записанные звуки обратно эхолокаторам, пока их мозговая активность измерялась с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии . Примечательно, что когда записи эхолокации воспроизводились слепым экспертам, они не только воспринимали объекты на основе эхо, но и демонстрировали активность в тех областях своего мозга, которые обычно обрабатывают визуальную информацию у зрячих людей, в первую очередь в первичной зрительной коре или V1. Этот результат удивителен, поскольку зрительные области обычно активны только во время визуальных задач. Области мозга, которые обрабатывают слуховую информацию, не активировались больше звукозаписями уличных сцен, содержащих эхо, чем звукозаписями уличных сцен с удаленным эхом. Важно, что когда тот же эксперимент был проведен со зрячими людьми, которые не использовали эхолокацию, эти люди не могли воспринимать объекты, и не было никакой активности, связанной с эхолокацией, где-либо в мозге. Это говорит о том, что кора слепых эхолокаторов пластична и реорганизуется таким образом, что первичная зрительная кора, а не какая-либо слуховая область, становится вовлеченной в вычисления задач эхолокации.

Несмотря на эти доказательства, степень, в которой активация зрительной коры у слепых эхолокаторов способствует эхолокационным способностям, неясна. [9] Как уже упоминалось ранее, зрячие люди обладают способностью к эхолокации; однако они не показывают сопоставимой активации зрительной коры. Это предполагает, что зрячие люди используют области за пределами зрительной коры для эхолокации.

Известные случаи

Дэниел Киш

Эхолокация была дополнительно разработана Дэниелом Кишем, который работает со слепыми через некоммерческую организацию World Access for the Blind . [16] Он водит слепых подростков в походы и катается на горных велосипедах по дикой местности и учит их, как безопасно ориентироваться в новых местах, с помощью техники, которую он называет «FlashSonar». [17] Кишу удалили глаза в возрасте 13 месяцев из-за рака сетчатки . Он научился делать небные щелчки языком, когда был еще ребенком, и теперь обучает других слепых людей использованию эхолокации и тому, что он называет «перцептивной мобильностью». [18] Хотя поначалу он сопротивлялся использованию трости для передвижения, считая ее «устройством для инвалидов» и считая себя «вообще не инвалидом», Киш разработал технику, используя свою белую трость в сочетании с эхолокацией, чтобы еще больше расширить свою мобильность. [18]

Киш сообщает, что «Ощущение образности очень богато для опытного пользователя. Можно получить ощущение красоты или строгости или чего-либо еще — как от звука, так и от эха». [17] Он способен отличить металлический забор от деревянного по информации, возвращаемой эхом о расположении конструкций забора; в чрезвычайно тихих условиях он также может слышать более теплое и глухое качество эха от дерева по сравнению с металлом. [17]

Томас Тахо

Томас Тахо родился в отдаленной гималайской деревне Чаянгтаджо в штате Аруначал-Прадеш на северо-востоке Индии. Он ослеп в возрасте 7 или 8 лет из-за атрофии зрительного нерва и самостоятельно научился эхолокации. Сегодня он живет в Бельгии и работает с Visioneers или World Access, чтобы передавать незрячим людям по всему миру навыки самостоятельной навигации. Тахо также является независимым исследователем. Он исследует культурную и биологическую эволюционную историю чувств и представляет свои открытия на научных конференциях по всему миру. [19]

Бен Андервуд

Бен Андервуд

Бен Андервуд был слепым американцем, родившимся 26 января 1992 года в Риверсайде, Калифорния . В возрасте двух лет ему поставили диагноз рак сетчатки , а в три года ему удалили глаза. [20]

Он самостоятельно научился эхолокации в возрасте пяти лет, обретя способность определять местоположение объектов, издавая частые щелкающие звуки языком. Этот случай был объяснен в 20/20: Medical Mysteries . [21] Он использовал эхолокацию для выполнения таких трюков, как бег, игра в баскетбол, езда на велосипеде, катание на роликах, игра в футбол и катание на скейтборде. [22] [23] Детский окулист Андервуда утверждал, что Андервуд был одним из самых опытных эхолокаторов среди людей.

Он вдохновил других слепых людей последовать его примеру. Он умер от рака в 2009 году.

Лоуренс Скэдден

Лоуренс Скадден потерял зрение в детстве из-за болезни, но научился использовать эхолокацию достаточно хорошо, чтобы ездить на велосипеде в потоке машин. (Его родители думали, что у него все еще осталось немного зрения.) [24] В 1998 году он дал интервью в Лаборатории слуховой нейроэтологии в Университете Мэриленда о своем опыте с эхолокацией. [7] Исследователи знали о феномене Wiederorientierung , описанном Гриффином [6] , когда летучие мыши, несмотря на то, что продолжают издавать эхолокационные сигналы, используют интеграцию путей в знакомом акустическом пространстве. Скадден сказал, что он делал то же самое, поскольку эхолокация требовала дополнительных усилий.

В его честь Национальная ассоциация преподавателей естественных наук учредила «Премию имени Лоуренса А. Скэддена выдающемуся учителю года для учащихся с ограниченными возможностями». [25]

Лукас Мюррей

Лукас Мюррей из Пула, Дорсет , родился слепым и является одним из первых британцев, научившихся человеческой эхолокации, научившись этому у Дэниела Киша . [26] Родители Лукаса увидели документальный фильм о том, как Дэниел Киш обучает Бена Андервуда эхолокации. [27] [28] Несколько месяцев спустя они узнали, что Дэниел посетит шотландскую благотворительную организацию Visibility [29] и связались с ним. Киш обучил пятилетнего Лукаса основам эхолокации за четыре дня. К семи годам Лукас был достаточно опытным, чтобы не только точно определять расстояние до объектов, но и их материал, и мог играть с другими детьми в такие виды спорта, как скалолазание и баскетбол. [30] [31] В 2019 году он получил недельный опыт работы на South Western Railway . [32]

Кевин Уорвик

Ученый Кевин Уорвик экспериментировал с подачей ультразвуковых импульсов в мозг (через электрическую стимуляцию от нейронного имплантата) в качестве дополнительного сенсорного входа. В ходе испытаний он смог точно определить расстояние до объектов и обнаружить небольшие движения этих объектов. [33]

Хуан Руис

Слепой от рождения, Хуан Руис живет в Лос-Анджелесе, Калифорния. Он появился в первом эпизоде ​​сериала Стэна Ли «Сверхлюди » под названием «Электрочеловек». В эпизоде ​​он показал, что может ездить на велосипеде, избегать припаркованных автомобилей и других препятствий, а также определять близлежащие объекты. Он входил и выходил из пещеры, где определял ее длину и другие характеристики. [ необходима цитата ]

В популярных СМИ

В видеоигре Perception 2017 года игрок оказывается в роли слепой женщины, которая должна использовать эхолокацию, чтобы ориентироваться в окружающей среде. [34]

В фильме 2012 года «Представьте себе » главный герой обучает эхолокации студентов в клинике для слабовидящих. Этот нетрадиционный метод вызывает споры, но помогает студентам исследовать мир. [35]

В детском фэнтезийном романе 2007 года «Грегор и Кодекс Когтя» главный герой Грегор обучается эхолокации. Этот навык оказывается полезным для сражений в Подземелье, подземной цивилизации, которая является основным местом действия книги. [36]

Персонаж Marvel Сорвиголова — супергерой, который использует свои обостренные чувства в сочетании с эхолокацией, чтобы воспринимать мир в необычайных деталях. [37]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Kolarik, Andrew J.; Cirstea, Silvia; Pardhan, Shahina ; Moore, Brian CJ (2014-04-01). "Краткое изложение исследований эхолокационных способностей слепых и зрячих людей". Hearing Research . 310 : 60–68. doi :10.1016/j.heares.2014.01.010. PMID  24524865. S2CID  21785505.
  2. ^ Ричард Л. Уэлш, Брюс Б. Блаш, онлайн-версия «Основы ориентации и мобильности» , Американский фонд слепых, 1997; где цитируется SO Myers и CGEG Jones, «Obstable experimentals: second report», Teacher for the Blind 46, 47–62, 1958.
  3. ^ Рэймонд Дж. Корсини, Словарь психологии , Psychology Press (Великобритания), 1999, ISBN 1-58391-028-X . 
  4. ^ М. Супа, М. Котцин и К. М. Далленбах. «Лицевое зрение» — восприятие препятствий слепыми. Американский журнал психологии, апрель 1944 г.
  5. ^ Котцин и Далленбах. «Лицевое зрение»: роль высоты звука и громкости в определении препятствий слепыми. Американский журнал психологии, октябрь 1950 г.
  6. ^ ab Griffin, Donald R., Echos of Bats and Men, Anchor Press, 1959 (серия «Наука и исследования», «Видеть с помощью звуковых волн»)
  7. ^ ab White, JC, Saunders, FA, Scadden, L., Bach-y-Rita, P., & Collins, CC (1970). Видение кожей. Восприятие и психофизика, 7, 23-27.
  8. ^ Талер, Лор (2015-11-25). «Использование звука для передвижения — Ассоциация психологической науки». Aps Observer . 28 (10) . Получено 2016-04-22 .
  9. ^ ab Wallmeier, Ludwig; Geßele, Nikodemus; Wiegrebe, Lutz (2013-10-22). "Эхолокация против подавления эха у людей". Труды Королевского общества Лондона B: Биологические науки . 280 (1769): 20131428. doi :10.1098/rspb.2013.1428. ISSN  0962-8452. PMC 3768302. PMID 23986105  . 
  10. ^ Мачемер, Тереза ​​(4 июня 2021 г.). «Люди могут научиться эхолокации за десять недель». Smithsonian Magazine . Получено 06.06.2023 .
  11. ^ Rosenblum LD, Gordon MS, Jarquin L (2000). «Определение расстояния эхолокацией движущимися и неподвижными слушателями». Ecol. Psychol . 12 (3): 181–206. CiteSeerX 10.1.1.540.5965 . doi :10.1207/S15326969ECO1203_1. S2CID  30936808. 
  12. ^ Киш Д. (1982). Оценка программы обучения эхо-мобильности для молодых слепых людей: магистерская диссертация, Университет Южной Калифорнии (диссертация).
  13. ^ Thaler L, Arnott SR, Goodale MA (2011). "Нейронные корреляты естественной человеческой эхолокации у рано и поздно слепых экспертов по эхолокации". PLOS ONE . 6 (5): e20162. Bibcode : 2011PLoSO...620162T. doi : 10.1371/journal.pone.0020162 . PMC 3102086. PMID  21633496 . 
  14. ↑ Bat Man, Reader's Digest, июнь 2012 г., архивировано из оригинала 15 марта 2014 г. , извлечено 14 марта 2014 г.
  15. ^ Талер, Л., Милн, Дж. Л., Арнотт, СР, Киш, Д. и Гудейл, МА (2014). Нейронные корреляты обработки движения посредством эхолокации, слуха источника и зрения у слепых экспертов по эхолокации и зрячих новичков в эхолокации. Журнал нейрофизиологии, 111(1), 112-127.
  16. ^ «Всемирный доступ в Интернете».
  17. ^ abc Кремер, Уильям (12 сентября 2012 г.). «Человеческая эхолокация: использование щелчков языка для навигации в мире». BBC . Получено 12 сентября 2012 г.
  18. ^ ab Kish, Daniel (1995), Оценка программы эхо-мобильности для молодых слепых людей, магистерская диссертация, Сан-Бернардино, Калифорния: Кафедра психологии, Калифорнийский государственный университет, стр. 277, архивировано с оригинала 2 февраля 2002 г.
  19. ^ "Томас Тахо". Visioneers.org . 20 ноября 2017 г. Проверено 22 января 2023 г.
  20. ^ Морган Исделл Алекс Петкова даже Уайт Томас Сиан Люди с удивительными чувствами — ABC News.
  21. ↑ Мурхед, Джоанна (27 января 2007 г.). «Видение со звуком». The Guardian . Лондон.
  22. ^ «Как слепой подросток «видит» с помощью звука». CBS News . 19 июля 2006 г.
  23. ↑ Мальчик, который видит с помощью звука — журнал People
  24. ^ Превосходя ожидания: Жизнь без зрения Скэдден, Лоуренс]
  25. ^ «Признание совершенства — Премия имени Лоуренса Скэддена «Учитель года» | NSTA». www.nsta.org . Получено 21 сентября 2023 г.
  26. ^ "Лукас изучает технику эха, чтобы 'видеть'". Daily Echo. 7 октября 2009 г. Получено 8 октября 2009 г.
  27. ^ «Бен Андервуд | Слепой мальчик, который мог видеть».
  28. ^ "Слепой мальчик использует свои уши, чтобы 'видеть'". BBC News . 5 октября 2009 г. Получено 8 октября 2009 г.
  29. ^ "Visibility Scotland - Слушаем и реагируем на людей, пострадавших от потери зрения по всей Шотландии". Visibility Scotland .
  30. ^ Ирвин, Крис (5 октября 2009 г.). «Семилетний слепой мальчик использует эхо, чтобы видеть». The Daily Telegraph . Лондон . Получено 8 октября 2009 г.
  31. ^ "Action for Blind People объединилась с RNIB". RNIB - Смотрите по-другому . 23 марта 2017 г.
  32. ^ Картлидж, Сара (19 мая 2019 г.). ««Лучший опыт работы»: слепой подросток наслаждается «феноменальным» трудоустройством». Bournemouth Echo . Получено 28 мая 2020 г.
  33. ^ Уорик К., Хатт Б., Гассон М. и Гудхью И. «Попытка расширить сенсорные возможности человека с помощью имплантационной технологии». Труды Международной конференции IEEE по системам, человеку и кибернетике — Гавайи, октябрь 2005 г., стр. 1663–1668.
  34. ↑ Скребелс, Джо (25 мая 2017 г.). «Обзор восприятия». IGN . Получено 25 мая 2017 г. .
  35. ^ Грирсон, Тим. "Imagine". ScreenDaily . Получено 21 июня 2017 г. .
  36. ^ Коллинз, Сюзанна (2007). Грегор и Кодекс Когтя (1-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 978-0-439-79143-4. OCLC  74568049.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  37. ^ "Сорвиголова (Мэтт Мердок) на экране: способности, враги, история | Marvel". www.marvel.com . Получено 18.04.2024 .

Внешние ссылки