Вопрос 14. Эхолокация и система ориентации в пространстве у слепых.

1. Эхолокация

Благодаря необходимости эффективно прокладывать себе путь в условиях плохой видимости (ночь, глубь океана), у некоторых животных (летучие мыши, дельфины, киты, некоторые мелкие грызуны) развилась способность к восприятию эха их собственных звуков, возникающих при отражении последних от окружающих объектов. Улавливая эти звуки, животные почти мгновенно получают информацию об удаленности и направлении движения разных объектов, так же возможно о скорости их перемещения, траектории, размере, форме, текстуре и принадлежности к определенному виду.

Использование организмом акустического сигнала, возникшего в результате отражения генерированного им звука, для получения подобной биологически релевантной информации называется эхолокацией.

Основной объект изучения эхолокации – летучие мыши, их основная сенсорная модальность – слух. Они перемещаются в пространстве и ловят добычу с большой точностью благодаря тому, что генерируют упругие ультразвуковые импульсы – звуковые волны, крики, чириканье, частоты которых лежат за пределами человеческого слуха и нередко превышают 100 кГц, а так же воспринимают звуки, возникающие в результате отражения этих импульсов от окружающих объектов. Стоит учитывать, что высокочастотные звуки при отражении рассеиваются в меньшей степени, чем низкочастотные.

Отражение звука зависит от соотношения между длиной окружающейся звуковой волны и величиной того объекта, от которого она отражается. Чтобы, отразившись от объекта, вернуться к своему источнику с полезной для него информацией, звуковая волна должна иметь длину, меньшую, чем объект, в противном случае она обогнет его.

Эхолокация предполагает оценку вернувшегося отраженного звука. Когда возникает импульс, частота которого изменяется во времени, звуки, отраженные от объектов, находящихся на разных расстояниях от источника импульса, возвращаются в разное время, вследствие чего воспринимаются как звуки разной частоты. Если же частотно модулированное возвращающееся эхо сначала достигает одного уха, а затем другого, оно каждым ухом воспринимается с разной частотой.

Принцип эхолокационных механизмов летучей мыши: генерирование коротких ультразвуковых чириканий, или импульсов, и их сравнение уникальной аудиальной системой летучей мыши с возвращающимися отраженными звуками. Это сравнение предполагает оценку временнЫх и частотных различий между генерированным импульсом и вернувшимся эхом, а так же оценку различий их интенсивности.

Подтверждается, что способность летучих мышей к эхолокации имеет нейронную основу. Та часть мозга летучей мыши, которая обрабатывает аудиальную информацию, образована особыми нейронами, избирательно настроенными на обработку временнОго интервала (времени задержки) между генерированием летучей мышью импульса и приему ею его эха. Эти нейроны назвали нейронами, настроенными на восприятие временнОго интервала между импульсом и отраженным звуком. То есть разные нейроны реагируют на разные интервалы. Отраженные звуки с непродолжительным временным интервалом (от объектов по близости), активируют нейроны, отличные от тех, которые активируются отраженными звуками от более удаленных объектов. Группы таких нейронов активируются одновременно, за счет этого у летучей мыши создается «акустический образ» того, что находится в пространстве.

2. Система ориентации в пространстве у слепых

Незрячие люди способны обнаруживать близлежащие препятствия и избегать столкновения с ними. Существует несколько теорий невизуальной локализации объектов людьми. 1 – у некоторых незрячих людей настолько хорошо развиты тактильные ощущения и восприятие температуры, что они способны чувствовать воздушные потоки, обтекающие объекты, которые находятся поблизости, которая получила название теории «лицевого зрения». Вторая теория основана на аудиальных признаках в форме эха и отражений от объектов.

Эхолокация у человека.

Были проведены эксперименты, где тестировали слепых и зрячих людей с завязанными глазами. Испытуемый должен был пройти по коридору, сообщить, когда ему казалось, что он приближался к стене, и подойти к ней как можно ближе, но не столкнуться с ней. Если роль аудиальных признаков была существенно снижена, т.е. если испытуемые шли в носках по толстому ковру, надевали наушники, то способность избегать столкновений с объектами значительно снижалась или вовсе пропадала. Плохая ориентировка в пространстве тогда, когда потенциальная информация о воздушных потоках абсолютно доступна, свидетельствует о том, что одного лишь «лицевого зрения» недостаточно для дистанционного восприятия препятствий. Следовательно, в том, что незрячие люди способны избегать столкновений с препятствиями, решающую роль играет такой источник информации, как звук.

То же подтверждает эксперимент, в ходе которого были исключены все сенсорные модальности, кроме одной – слуха. Испытуемых, находившихся в звуконепроницаемом помещении, попросили оценить приближение экспериментатора к препятствию по звуку его шагов. Этот звук улавливался микрофоном, помещенным на уровне уха экспериментатора, и передавался с помощью усилителя в наушниках испытуемых. Оказалось, что приближение экспериментатора к препятствию смогли зафиксировать все испытуемые. Менее эффективными испытуемые оказались при выполнении задания, когда сами приближались к препятствию. Итог – незрячие люди способны воспринимать препятствия на основании отраженной аудиальной информации (на основании самогенерируемого эха), но также и о том. Что при обнаружении препятствия аудиальная информация и необходима, и достаточна.

Когда трость слепого человека касается различных поверхностей, она извлекает из них необходимую ему пространственную информацию, но так же и сами звуки от трости могут могут дать нужную инфу. Пример – слепая от рождения наездница, победительница соревнований. Ее способность огибать углы и вписываться в крутые повороты трассы во время соревнования основана на восприятии отраженных звуков, источниками которых являются звуки, производимые ее лошадью.

В другом исследовании сравнивалось выполнение определенных заданий по пространственной локализации слепыми и зрячими с завязанными глазами. Испытуемым разрешалось издавать любые звуки, эхо которых помогало им в локализации. Келлог установил, что незрячие испытуемые способны эффективно извлекать информацию об удаленности и размере с помощью самогенерируемых звуков, а результаты зрячих скорее носят случайный характер. Незрячие могли также различить поверхности с разными текстурами, как металл, стекло, дерево, хлопчатая ткань и бархат. Вывод – опыт, приобретаемый незрячими в использовании эха самогенерируемых звуков, не только позволяет избегать препятствий, но и дает информацию для различия объектов.

Не следует думать, что зрячие неспособны использовать отраженные звуки в качестве источников пространственной информации. На это есть много примеров: только по звуку могут определить длину падающих деревянных досок на твердую поверхность, могут определить форму предмета из определенного материала при ударе молотком.

Решающее значение в использовании отраженных звуков для локализации препятствий имеет изменение высоты эха самогенерируемых звуков со средней частотой. Чем выше частота звука, тем короче звуковая волна, а коротковолновые звуки, отражаясь от различных объектов, образуют более эффективное эхо. Как говорилось выше, длина звуковой волны, отражающаяся от объекта, должна быть меньше, чем он сам. Но низкочастотные обтекающие звуки, которые воспринимаются индивидуумом при ходьбе в замкнутом пространстве, могут быть полезны для его локомоции. Тут не написано каким образом!

Визуальный опыт и невизуальная пространственная навигация. Определенную роль может играть возраст, в котором чел. Лишился зрения. Те. Кто успел приобрети визуальный опыт, могут более успешного справляться с некоторыми задачами, чем слепые от рождения. Происходит это из-за того, что благодаря визуальному опыту слепой человек приобретает способность лучше понимать пространственные связи и мысленно создавать картины окр. обстановки. Но есть опыты, противоречащие данной точки зрении. Слепые от рождения лучше, чем люди с завязанными глазами, справляются с задачами, требующие ориентации в пространстве.

Индивидуальная система ориентации, представляющая собой невизуальное навигационное вспомогательное средство. Она основана на использовании звука для информирования индивидуумов о том, где они находится в данный момент, для их ориентации относительно объектов, находящихся в близости от них. Управляемое компьютером устройство воспринимает визуальные сигналы о расположении объектов вблизи индивидуума, преобразовывает их в направленные звуковые сигналы и направляет последние индивидууму через бинауральные наушники. Они характеризуются различиями во времени прибытия и интенсивности, которые были бы свойственны источнику звука, находящемуся в той же точке пространства, что и данный объект, что позволяет ему на основе «звуковой карты» создать «пространственную карту». Станет ли какой-либо определенный вариант индивидуальной системы ориентации надежным стандартным средством увеличения подвижности незрячих людей, зависит от технологии его изготовления и результатов испытаний.