Эхолокация человека - Human echolocation

Эхолокация человека это способность людей обнаруживать объекты в своей среде, улавливая эхо от этих объектов, путем активного создания звуков: например, касаясь их трости, слегка топая ногой, щелкая пальцами или издавая щелкающий звук ртом. Люди, обученные ориентироваться с помощью эхолокации, могут интерпретировать звук волны, отраженные близлежащими объектами, точно определяют их местоположение и размер.

Фон

Термин «эхолокация» был введен зоологом Дональдом Гриффином в 1944 году; однако сообщения о том, что слепые люди могут определять местонахождение безмолвных объектов, относятся к 1749 году.[1] Эхолокация человека была известна и официально изучалась по крайней мере с 1950-х годов.[2] Раньше человеческая эхолокация иногда описывалась как «зрение лица» или «чувство препятствия», поскольку считалось, что близость близлежащих объектов вызывает изменения давления на кожу.[3][4][5] Только в 1940-х годах серия экспериментов, проведенных в Корнельской психологической лаборатории, показала, что движущими механизмами этой способности были звук и слух, а не изменения давления на кожу.[1] Сфера эхолокации человека и животных была изучена в виде книги еще в 1959 году.[6] См. Также White, et al. (1970)[7]

Многие слепые люди пассивно используют естественное эхо окружающей среды, чтобы уловить детали своего окружения; однако другие активно производят щелчки ртом и могут оценивать информацию об окружающей их среде, используя эхо от этих щелчков.[8] И пассивная, и активная эхолокация помогают слепым людям узнавать об окружающей их среде.

Поскольку зрячие люди узнают об окружающей их среде с помощью зрения, они часто с трудом воспринимают эхо от ближайших объектов. Это происходит из-за явления подавления эха, вызванного эффект приоритета. Однако при обучении зрячие люди с нормальным слухом могут научиться избегать препятствий, используя только звук, что показывает, что эхолокация - это общая человеческая способность.[9]

Механика

Зрение и слушание тесно связаны тем, что они могут обрабатывать отраженные волны энергии. Зрение обрабатывает световые волны, когда они движутся от источника, отражаются от поверхностей в окружающей среде и попадают в глаза. Точно так же слуховая система обрабатывает звуковые волны, когда они движутся от источника, отражаются от поверхностей и попадают в уши. Обе системы могут извлекать большой объем информации об окружающей среде, интерпретируя получаемые ими сложные модели отраженной энергии. В случае звука эти волны отраженной энергии называются "эхо ".

Эхо и другие звуки могут передавать пространственную информацию, во многих отношениях сравнимую с той, которую передает свет.[10] С помощью эха слепой путешественник может воспринимать очень сложную, подробную и конкретную информацию с расстояний, далеко недоступных для самой длинной трости или руки. Эхо предоставляет информацию о характере и расположении объектов и об особенностях окружающей среды, таких как выступы, стены, дверные проемы и ниши, столбы, восходящие бордюры и ступеньки, ящики для растений, пешеходов, пожарные гидранты, припаркованные или движущиеся автомобили, деревья и другая листва, а также гораздо больше. Эхо может дать подробную информацию о местоположении (где находятся объекты), размере (насколько они велики и их общая форма) и плотности (насколько они твердые). Расположение обычно разбивается на расстояние от наблюдателя и направление (влево / вправо, спереди / сзади, вверх / вниз). Размер относится к высоте (высокий или короткий) и ширине (широкий или узкий) объекта.

Понимая взаимосвязь этих качеств, можно многое понять о природе объекта или нескольких объектов. Например, высокий и узкий объект можно быстро распознать как столб. Объект, высокий и узкий внизу и широкий вверху, будет деревом. Что-то высокое и очень широкое воспринимается как стена или здание. Что-то широкое и высокое посередине, но короче с обоих концов, может быть идентифицировано как припаркованный автомобиль. Объект, который является низким и широким может быть сеялкой, подпорная стенка, или бордюр. И, наконец, то, что начинается близко и очень низко, но удаляется вдаль по мере того, как становится выше, - это набор шагов. Плотность относится к твердости объекта (твердый / разреженный, твердый / мягкий). Осведомленность о плотности добавляет богатство и сложность доступной информации. Например, низкий и твердый предмет можно распознать как стол, а какой-то низкий и редкий предмет звучит как куст; но объект, высокий, широкий и очень редкий, вероятно, является забором.[11]

Области мозга, связанные с эхолокацией

Слева показана связанная с эхом активность в мозге раннего слепого эхолокатора. В мозгу зрячего человека (показан справа), который слышит то же эхо, не наблюдается активности

Некоторые слепые люди умеют эхолотировать беззвучные объекты, просто производя щелчки ртом и слушая возвращающееся эхо, например Бен Андервуд. Хотя на нейронной основе эхолокации человека было проведено немного исследований, в этих исследованиях сообщается об активации первичная зрительная кора во время эхолокации у слепых эхолокаторов.[1][12][13] Движущий механизм этого феномена переназначения областей мозга известен как нейропластичность.

В исследовании 2014 года, проведенном Талером и его коллегами,[14] Сначала исследователи записали щелчки и их очень слабое эхо, используя крошечные микрофоны, помещенные 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 функциональная магнитно-резонансная томография. Примечательно, что когда записи эхолокации воспроизводились для слепых экспертов, они не только воспринимали объекты на основе эхо-сигналов, но также проявляли активность в тех областях своего мозга, которые обычно обрабатывают визуальную информацию у зрячих людей, в первую очередь первичная зрительная кора или V1. Этот результат удивителен, поскольку визуальные области, как следует из их названия, активны только во время визуальных задач. Области мозга, обрабатывающие слуховую информацию, активировались звукозаписями сцен на открытом воздухе, содержащими эхо, не больше, чем звукозаписями сцен на открытом воздухе с удаленными эхами. Важно отметить, что когда тот же эксперимент проводился со зрячими людьми, у которых не было эхолокации, эти люди не могли воспринимать объекты, и нигде в мозгу не было активности, связанной с эхом. Это говорит о том, что кора слепых эхолокаторов пластична и реорганизуется таким образом, что первичная зрительная кора, а не какая-либо слуховая область, участвует в вычислении эхолокационных задач.

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

Известные случаи эхолокации человека

Даниэль Киш

Основная статья: Даниэль Киш

Эхолокация была усовершенствована Дэниелом Кишом, который работает со слепыми через некоммерческую организацию. Доступ в мир для слепых.[15] Он ведет слепых подростков в пешие походы и ездит на горных велосипедах по пустыне и учит их, как безопасно перемещаться в новых местах, с помощью техники, которую он называет «FlashSonar».[16] Кишу удалили глаза в возрасте 13 месяцев из-за рак сетчатки. Он научился делать небные щелчки с его языком, когда он был еще ребенком - и теперь обучает других слепых людей использованию эхолокации и тому, что он называет «перцептивной подвижностью».[17] Хотя поначалу он не хотел использовать трость для мобильности, считая ее устройством «для инвалидов» и считая себя «совсем не инвалидом», Киш разработал технику, используя свою белую трость в сочетании с эхолокацией, чтобы еще больше расширить свою мобильность.[17]

Киш сообщает, что «чувство образов очень богато для опытного пользователя. Можно почувствовать красоту, яркость или что-то еще - от звука, а также от эха».[16] Он может отличить металлический забор от деревянного по информации, возвращаемой эхом, о расположении конструкций ограды; в очень тихих условиях он также может слышать более теплые и глухие эхо от дерева по сравнению с металлом.[16]

Томас Тахо

Томас Тахо родился в далекой гималайской деревне Чаянг Тахо в состоянии Аруначал-Прадеш на северо-востоке Индии и ослеп в возрасте 7 или 8 лет из-за атрофии зрительного нерва. Тахо научился эхолокации. Сегодня он живет в Бельгии и работает с Visioneers или World Access, чтобы передать независимые навигационные навыки слепым людям по всему миру. Тахо также является независимым исследователем. Он исследует культурную и биологическую эволюционную историю чувств и представляет свои открытия на научных конференциях по всему миру.

Бен Андервуд

Бен Андервуд

Бен Андервуд был слепым американцем, который родился 26 января 1992 года в Риверсайде, штат Калифорния. В возрасте двух лет ему диагностировали рак сетчатки, а в трехлетнем возрасте ему удалили глаза. [18]

Он научился эхолокации в возрасте пяти лет, став способным определять местоположение объектов, издавая частые щелкающие звуки языком. Этот случай был объяснен в 20/20: Медицинские тайны.[19] Он использовал его, чтобы совершать такие подвиги, как бег, баскетбол, катание на велосипеде, роликах, футбол и скейтбординг.[20][21] Он учился в средней школе Эдварда Харриса младшего. Глазной врач Андервуда в детстве утверждал, что Андервуд был одним из самых опытных эхолокаторов человека.

Андервуд умер 19 января 2009 года в возрасте 16 лет от того же рака, что и его зрение.[22]

Том Де Витте

Том Де Витте родился в 1979 году в Бельгии с двусторонним врожденным пороком. глаукома. Казалось, он станет успешным флейтист пока ему не пришлось бросить музыку в 2005 году. Де Витте полностью ослеп с 2009 года из-за дополнительных проблем с глазами. Его обучал эхолокации Дэниел Киш, и в прессе он получил прозвище «Бэтмен из Бельгии».[нужна цитата ][23]

Доктор Лоуренс Скэдден

Скадден писал о своем опыте слепоты.[24] Он не родился слепым, но потерял зрение из-за болезни. В детстве он научился использовать эхолокацию достаточно хорошо, чтобы ездить на велосипеде в пробке. (Его родители думали, что у него еще осталось зрение.) Позже он участвовал в экспериментах с лицевым зрением.[7] Примерно в 1998 г. он посетил лабораторию слуховой нейроэтологии в Университет Мэриленда и был проинтервьюирован о своем опыте работы с зрением лица. Исследователи в лаборатории изучают эхолокацию летучих мышей и знали о Wiederorientierung явление, описанное Гриффином (1959),[6] где летучие мыши, несмотря на то, что продолжают издавать эхолокационные сигналы, используют интеграция пути в привычном акустическом пространстве. Скадден указал, что он обнаружил, что эхолокация требует дополнительных усилий и не будет использовать ее для навигации в знакомых местах, если он не будет предупрежден о препятствиях, что дает представление о поведении летучей мыши.

Региональный альянс науки, инженерии и математики для студентов с ограниченными возможностями (RASEM) и Научное образование для студентов с ограниченными возможностями (SESD), Специальная группа по интересам Национальной ассоциации учителей естественных наук (NSTA), учредили программу выдающихся учителей Лоуренса А. Скэддена. Премия года для студентов с ограниченными возможностями в его честь.[нужна цитата ]

Лукас Мюррей

Лукас Мюррей (род. ок. 2002), с Пул, Дорсет, родился слепым, но является одним из первых британцев, изучивших эхолокацию человека. По эхо, вызванному щелчком языка по нёбу, Мюррей может определить, насколько близко находятся объекты и из чего они сделаны. Его обучили технике Даниэль Киш. Мюррей родился в Пуле в Дорсете со сложными медицинскими потребностями, включая септооптическая дисплазия. Он был слеп от рождения, но это не подтвердилось, пока ему не исполнилось пять месяцев. На этом этапе его родители, Сара и Йен, полагали, что его слепота вызовет проблемы.[25] Однако Сара и Иэн посмотрели документальный фильм о молодом американце по имени Бен Андервуд.[26] мальчик, который использовал эхо-локацию, которому он научился на очень высоком уровне. В документальном фильме Дэниел Киш, основатель Доступ в мир для слепых благотворительность,[27][28] говорили не только об эхолокации, но и о важности Длинная трость. Через много месяцев после того, как увидел документальный по телевизору,[25] Сара обнаружила, что Дэниел будет посещать шотландскую благотворительную организацию Visibility,[29] поэтому связался с ним и спросил, может ли он навестить Лукаса.[30] Дэниел Киш, 41-летний слепой из Калифорнии, вместе с Брайаном Бушуэем из World Access for the Blind, в течение четырех дней в 2007 году учил Лукасу основам эхолокации и важности подходящей длинной трости.[31]Сара говорит, что эхо-локация и «Безграничный подход» подарили Лукасу «фантастическое будущее». Его родители основали благотворительный фонд под названием «Здравый смысл», целью которого является оказание поддержки родителям и опекунам детей с нарушениями зрения. Они также предлагают детям в Великобритании длинные белые трости через банк Common Sense Children's Cane Bank.

В 2019 году он наслаждался недельным опыт работы с Юго-Западная железная дорога.[32]

Использование эхолокации

Мать Лукаса Сара сказала, что в семь лет его независимость улучшалась почти каждый день, и он мог играть с другими детьми в такие виды спорта, как скалолазание и баскетбол.[31][33] Лукас определяет расстояние до объектов, рассчитывая время, которое требуется эхо от его щелчка, чтобы вернуться, и по звуку, который отражается назад, он также может определить плотность и форму,[28][30] Лукас - первый британский ученик, получивший комплексную программу по продвинутой эхолокации.[31][34] похоже на эхолокацию и использование сонара для изображения окружающей среды, используемой летучими мышами.[35] Сообщается, что Киш сказал, что у Лукаса «потрясающая мобильность», и что он «лучший для своего возраста в Великобритании».[28] Однако Киш написал родителям Лукаса и другим неопубликованным репортерам, что он фактически сказал: «Мобильность Лукаса - одна из лучших в Великобритании для его возраста, по моему опыту». Лукас говорит, что ему очень нравится система.[31] Лукас также использует длинную белую трость, чтобы находить предметы у своих ног. Он использует телескопическую трость AmbuTech, потому что она легкая и имеет керамический наконечник. При правильной длине он достигает его носа в вертикальном положении.[25]

Кевин Уорвик

Ученый Кевин Уорвик экспериментировали с подачей ультразвуковых импульсов в мозг (посредством электрической стимуляции от нервного имплантата) в качестве дополнительного сенсорного ввода. В ходе испытаний он смог точно определять расстояние до объектов и обнаруживать небольшие движения этих объектов.[36]

Хуан Руис

Слепой от рождения Хуан Руис живет в Лос-Анджелесе, штат Калифорния. Он появился в первой серии Сверхчеловеки Стэна Ли под названием "Электромэн". Эпизод показал, что он способен ездить на велосипеде, избегать припаркованных автомобилей и других препятствий, а также определять близлежащие объекты. Он вошел в пещеру и вышел из нее, определив ее длину и другие характеристики.[нужна цитата ]

В популярных СМИ

Тоф Бейфонг

Toph вымышленная девушка из мультсериала Аватар: последний повелитель стихии кто использует высокоразвитую форму эхолокации, ставшую возможным благодаря технике, называемой «магией земли» (телекинетический манипуляции с элементарной землей). Родившись слепой, у нее развилась сверхчувствительность. механорецепторы и способна достаточно хорошо чувствовать мельчайшие вибрации, чтобы создать точную картину своего окружения, так что она является компетентным бойцом, хотя и уязвима, когда ее противники находятся в воздухе. Позже она использует эту сверхчувствительность для развития искусства изгиба металла, обучая Аватара. Аанг изгибаться. Используя свои чрезвычайно тонкие способности, она также может ощущать колебания частоты сердечных сокращений и дыхания человека, фактически становясь человеком. полиграф.

Восприятие

Видеоигра 2017 года Восприятие помещает игрока в роль слепой женщины, которая должна использовать эхолокацию для навигации по окружающей среде.[37]

Последний из нас

В игре Naughty Dog для PlayStation 3 2013 года Последний из нас Зараженные люди, называемые «кликерами», используют эхолокацию.

Представлять себе

В фильме 2012 года Представлять себе, главный герой преподает эхолокацию студентам клиники для слабовидящих. Этот нетрадиционный метод вызывает споры, но помогает студентам исследовать мир.[38]

Сорвиголова

Мэтью Мердок адвокат днем и борец с преступностью ночью, по имени Сорвиголова, из Комиксы Marvel. В детстве он попал в аварию, когда его глаза соприкоснулись с радиоактивными химическими веществами, которые фактически ослепили его, хотя и усилили его другие чувства (обоняние, слух и осязание) до сверхчеловеческого уровня. Если он достаточно сильно сконцентрируется, он сможет услышать крик человека о помощи за квартал. Как и Тоф Бейфонг, он может использовать свой сверхслух для определения сердцебиения человека, а также мельчайших изменений его частоты дыхания и тона голоса, тем самым становясь человеческим детектором лжи. Как и Тоф, он использует свои способности в бою.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Коларик, Эндрю Дж .; Кирстеа, Сильвия; Пардхан, Шахина; Мур, Брайан С. Дж. (2014-04-01). «Краткое изложение исследований по изучению эхолокационных способностей слепых и зрячих людей». Слуховые исследования. 310: 60–68. Дои:10.1016 / j.heares.2014.01.010. PMID  24524865. S2CID  21785505.
  2. ^ Ричард Л. Уэлш, Брюс Б. Блаш, онлайн-основы ориентации и мобильности, Американский фонд слепых, 1997 г .; цитируется С. О. Майерс и К. Г. Э. Джонс, «Неустойчивые эксперименты: второй отчет», Учитель для слепых 46, 47–62, 1958.
  3. ^ Раймонд Дж. Корсини, Словарь психологии, Psychology Press (Великобритания), 1999, ISBN  1-58391-028-X.
  4. ^ М. Супа, М. Котцин и К. М. Далленбах. «Зрение лица» - восприятие препятствий слепым. Американский журнал психологии, апрель 1944 г.
  5. ^ Котцин и Далленбах. «Зрение лица»: роль высоты звука и громкости при обнаружении препятствий слепым. Американский журнал психологии, октябрь 1950 г.
  6. ^ а б Гриффин, Дональд Р., Эхо летучих мышей и людей, Anchor Press, 1959 (серия "Наука и исследования", "Видение звуковыми волнами")
  7. ^ а б Уайт, Дж. К., Сондерс, Ф. А., Скадден, Л., Бах-и-Рита, П., и Коллинз, К. С. (1970). Видеть 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. ^ а б Валлмайер, Людвиг; Гесселе, Никодемус; Вигребе, Лутц (2013-10-22). «Эхолокация против подавления эха у людей». Труды Лондонского королевского общества B: биологические науки. 280 (1769): 20131428. Дои:10.1098 / rspb.2013.1428. ISSN  0962-8452. ЧВК  3768302. PMID  23986105.
  10. ^ Розенблюм Л.Д., Гордон М.С., Жаркин Л. (2000). «Эхолокация расстояния движущимися и неподвижными слушателями». Ecol. Психол. 12 (3): 181–206. CiteSeerX  10.1.1.540.5965. Дои:10.1207 / S15326969ECO1203_1. S2CID  30936808.
  11. ^ Киш Д. (1982). Оценка программы обучения эхо-мобильности для слепых молодых людей: магистерская работа, Университет Южной Калифорнии (Тезис).
  12. ^ Талер Л., Арнотт С.Р., Гудейл М.А. (2011). «Нейронные корреляты естественной эхолокации человека у экспертов по ранней и поздней слепой эхолокации». PLOS ONE. 6 (5): e20162. Bibcode:2011PLoSO ... 620162T. Дои:10.1371 / journal.pone.0020162. ЧВК  3102086. PMID  21633496.
  13. ^ Бэтмен, Ридерз Дайджест, июнь 2012 г., получено 14 марта, 2014
  14. ^ Талер Л., Милн Дж. Л., Арнотт С. Р., Киш Д. и Гудейл М. А. (2014). Нейронные корреляты обработки движений посредством эхолокации, слуха источника и зрения у слепых экспертов по эхолокации и зрячих новичков в области эхолокации. Журнал нейрофизиологии, 111 (1), 112-127.
  15. ^ "World Access Online".
  16. ^ а б c Кремер, Уильям (12 сентября 2012 г.). "Человеческая эхолокация: использование щелчков языка для навигации по миру". BBC. Получено 12 сентября, 2012.
  17. ^ а б Киш, Даниэль (1995), Оценка программы эхомобильности для слепых молодых людей, Магистерская работа, Сан-Бернардино, Калифорния: факультет психологии Калифорнийского государственного университета, стр. 277, заархивировано из оригинал 2 февраля 2002 г.
  18. ^ морган исделл алекс петцова даже белый томас сианЛюди с удивительными чувствами - ABC News.
  19. ^ Мурхед, Джоанна (27 января 2007 г.). "Видение звуком". Хранитель. Лондон.
  20. ^ "Как слепой подросток" видит "звук". CBS Новости. 19 июля 2006 г.
  21. ^ Мальчик, который видит со звуком - Журнал People
  22. ^ "Бен Андервуд". Архивировано из оригинал на 2018-04-09. Получено 2009-01-22.
  23. ^ J Vandermosten. "Straf verhaal: Blinde ziet door goed te horen". Gazet van Antwerpen.
  24. ^ Превосходя ожидания: жизнь без взгляда Скадден, Лоуренс]
  25. ^ а б c "Лукас изучает технику эха, чтобы 'видеть'". Ежедневное эхо. 7 октября 2009 г.. Получено 8 октября 2009.
  26. ^ "Бен Андервуд | Слепой мальчик, который мог видеть".
  27. ^ "Visioneers.org". Visioneers.org.
  28. ^ а б c "Слепой мальчик использует свои уши, чтобы видеть'". Новости BBC. 5 октября 2009 г.. Получено 8 октября 2009.
  29. ^ "Visibility Scotland - Слушание и реакция на людей, потерявших зрение, по всей Шотландии". Видимость Шотландия.
  30. ^ а б "'Бэтбой "Лукас видит ушами". Ассоциация прессы. Получено 8 октября 2009.
  31. ^ а б c d Ирвин, Крис (5 октября 2009 г.). «Семилетний слепой мальчик использует эхо, чтобы видеть». Дейли Телеграф. Лондон. Получено 8 октября 2009.
  32. ^ Картлидж, Сара (19 мая 2019 г.). ""Лучший опыт работы »: слепой подросток наслаждается« феноменальным »положением.. Борнмутское Эхо. Получено 28 мая 2020.
  33. ^ «Акция для слепых объединилась с RNIB». RNIB - Смотрите по-другому. 23 марта 2017.
  34. ^ «Слепой семилетний мальчик видит ушами». ABC News.
  35. ^ «Слепой семилетний мальчик учится« видеть »ушами». Daily Mirror. 7 октября 2009 г.. Получено 8 октября 2009.
  36. ^ Уорвик К., Хатт Б., Гассон М, и Гудхью I. «Попытка расширить человеческие сенсорные возможности с помощью технологии имплантатов». Proc. Международная конференция по системам IEEE, Man. и кибернетика - Гавайи Октябрь 2005. С. 1663–1668.
  37. ^ Скребельс, Джо (25 мая 2017 г.). «Обзор восприятия». IGN. Получено 25 мая, 2017.
  38. ^ Грирсон, Тим. "Представлять себе". ScreenDaily. Получено 21 июня, 2017.

внешняя ссылка