Почему резкие звуки, издаваемые сигналами или криками людей, привлекают наше внимание? Что происходит в мозге, когда он обнаруживает эти частоты? Нейробиологи из Женевского университета (University of Geneva UNIGE) и Женевских университетских больниц (Geneva University Hospitals HUG), Швейцария, анализируют, как люди реагируют, когда слышат различные звуки, с целью установить степень, в которой повторяющиеся звуковые частоты считаются неприятными. Ученые также изучили области внутри мозга, которые стимулировались при прослушивании этих частот. Удивительно, но результаты исследования, которые были опубликованы в научном журнале Nature Communications, показали не только то, что активирована традиционная схема обработки звука, но также и то, что кортикальные и подкорковые области вовлечены в обработку значимости этих звуков. Это объясняет, почему мозг переходит в состояние готовности при прослушивании таких звуков.
Актуальность исследования
Звуки тревоги, будь то искусственные (например, автомобильный гудок) или естественные (человеческие крики), характеризуются повторяющимися звуковыми колебаниями, которые обычно находятся в диапазоне частот от 40 до 80 Гц. Но почему были выбраны эти частоты, чтобы сигнализировать об опасности? И что происходит в мозге, чтобы сосредоточить наше внимание?
Материалы и методы исследования
Авторы исследования воспроизводили повторяющиеся звуки от 0 до 250 Гц у 16 участников, чтобы определить частоты, которые мозг считает невыносимыми.
«Затем мы спросили участников, когда они воспринимают звуки как грубые (отличные друг от друга) и когда они воспринимают их как приемлемые (образующие один непрерывный и единый звук)», – говорит Люк Арнал (Luc Arnal), исследователь из Отдела базовых нейронаук (Department of Basic Neurosciences) в UNIGE.
Результаты научного исследования
Основываясь на ответах участников, ученые смогли установить, что верхний предел звука составляет около 130 Гц. Звуки с частотой выше 130 Гц мозг считает грубыми для себя. Но почему мозг так считает? В попытке ответить на этот вопрос нейробиологи попросили участников прослушать разные частоты, которые они должны были классифицировать по шкале от 1 до 5, 1 – терпимо, 5 – невыносимо.
«Звуки, которые раздражали мозг, были в основном между 40 и 80 Гц, то есть в диапазоне частот, используемых сигналами тревоги и человеческими криками, в том числе плачем ребенка», – говорит Арнал.
Поскольку эти звуки воспринимаются на расстоянии, в отличие от визуального стимула, крайне важно, чтобы внимание можно было привлечь с точки зрения выживания.
«Вот почему сигналы тревоги используют эти быстрые повторяющиеся частоты, чтобы максимально увеличить вероятность их обнаружения и привлечь наше внимание», – говорят ученые.
Фактически, когда повторы расположены на расстоянии менее 25 миллисекунд, мозг не может их предвидеть и, следовательно, подавлять. Он постоянно начеку и внимателен к раздражителю.
Резкие звуки выходят за рамки обычной слуховой системы
Затем исследователи попытались выяснить, что на самом деле происходит в мозге: почему эти резкие звуки так невыносимы? «Мы использовали ЭЭГ, которая регистрирует мозговую активность внутри самого мозга в ответ на звуки», – говорит Пьер Межеванд (Pierre Mégevand).
Когда звук воспринимается как непрерывный (выше 130 Гц), слуховой центр в верхней височной доле активируется. Но когда звуки воспринимаются как раздражающие (особенно между 40 и 80 Гц), они вызывают постоянную реакцию, которая дополнительно привлекает большое количество корковых и подкорковых областей, которые не являются частью обычной слуховой системы.
«Это объясняет, почему участники воспринимали их как невыносимые», – говорит Арнал, который был удивлен, узнав, что эти регионы были вовлечены в обработку звуков.
Выводы
Впервые было показано, что звуки в диапазоне от 40 до 80 Гц мобилизуют эти нейронные сети, хотя данные частоты долгое время использовались в системах сигнализации.
«Теперь мы наконец понимаем, почему мозг не может игнорировать эти звуки», – говорит Арнал. «Что-то особенное происходит на этих частотах, и есть также много болезней, которые показывают нетипичные реакции мозга на звуки при 40 Гц. К ним относятся болезнь Альцгеймера, аутизм и шизофрения», – резюмирует он.
Теперь нейробиологи будут исследовать сети, стимулируемые этими частотами, чтобы выяснить, возможно ли обнаружить эти заболевания на ранней стадии, выявляя цепь, активируемую звуками.
Авторы другого исследования утверждают, что потеря слуха связана с более высоким риском снижения когнитивных функций.
