La physique de réglage en dehors
Dans une salle bondée, comment vous vous concentrez-vous sur la voix de votre compagnon tout en ignorant les conversations en cours autour de vous? Un modèle numérique de la cochlée, l'organe en forme de coquille qui sert d'interface entre les ondes sonores et le système nerveux, suggère l'oreille commence filtrer les bruits de fond avant qu'ils atteignent même le cerveau.
Etudier comment le cerveau en pierre dans sur une seule voix, un phénomène connu sous le nom «effet cocktail» peut aider à débloquer la façon dont le cerveau perçoit le son. Mais il n'y a pas que sur le cerveau. Depuis plusieurs décennies, les chercheurs ont suspecté que d'autres parties du système auditif jouent également un grand rôle.
Pour le cerveau pour interpréter les sons, il faut amener les nerfs à des signaux provenant de l'oreille. Mais il est non seulement une rue à sens unique. Le système auditif comprend aussi ce qu'on appelle les nerfs efférents, qui transportent les signaux du cerveau vers l'oreille. Cela crée une boucle de rétroaction au sein du système auditif qui peut jouer un rôle dans l'attention sélective.
"Il est très difficile, physiologiquement, pour tester cette idée que," a souligné Jonathan Ashmore, professeur de biophysique à l'Institut de l'oreille de l'University College de Londres. "Et encore plus difficile de réfléchir aux mécanismes qui pourraient mettre en œuvre l'idée."
Plutôt que d'essayer de résoudre ce problème en regardant le système auditif biologique, les chercheurs de l'Université de Zurich en Suisse ont abordé la question sous un autre angle: la physique. Ils ont testé l'effet cocktail sur un modèle numérique de la cochlée.
La cochlée non seulement se traduit par des signaux auditifs en stimuli que le cerveau peut interpréter, il amplifie aussi les sons faibles. Pour simuler le comportement de cet organe complexe, l'équipe Zurich de physiciens théoriques, dirigé par Ruedi Stoop, a développé une équation mathématique gargantuesques en 2002. Bien que l'équation a imité avec succès le comportement de la cochlée, il était difficile à manier, en prenant trois à quatre heures pour terminer son calculs.
Ainsi, en 2004, le groupe de Stoop simplifié leur conception et construit un modèle cochlée électronique en utilisant des pièces qu'ils ont achetés à un magasin d'électronique. "Nous avons obtenu un dispositif qui était tout simplement parfait», a expliqué Stoop. "Nous avons reproduit les résultats que vous ne pouvait pas dire qui était de la biologie, et qui était de l'appareil."
Les chercheurs ont breveté leur modèle cochlée simplifié, puis traduit l'appareil physique retour sous forme numérique, le transformant en un programme de logiciel. Cette cochlée artificielle pourrait reproduire avec précision les réponses expérimentales de l'organe biologique.
L'équipe de Stoop ensuite utilisé leur modèle pour étudier l'effet cocktail. Leurs résultats, publiés dans Physical Review Applied , révèlent la cochlée est capable de cibler un signal sonore spécifique, comme une voix, en fonction de sa hauteur. Il sait ce motif à chercher en raison des réactions des nerfs efférents.
Le cerveau peut stocker une voix familière comme une sorte de modèle. Quand il sait qu'il veut se concentrer sur cette voix, il envoie le modèle à la cochlée à travers les nerfs efférents. Sachant que les sons d'attendre, la cochlée tunes pour les sons qui correspondent au modèle. Il ne le fait pas en tournant le volume de la voix, mais en atténuant les sons qui ne correspondent pas au modèle.
Ce type de boucle de rétroaction est possible dans le modèle numérique de Stoop. Mais est-il décrit la façon réelle le cerveau et cochlée communiquer?
"Ce type de modèle est générique - il capture les caractéristiques de la cochlée d'une manière simple», a déclaré Ashmore. "Mais nous ne savons pas vraiment ce que la mise en œuvre biologique est. Tout ce que vous savez est de savoir si elle correspond aux données expérimentales. Il est utilisé comme une aire de jeux, d'étudier la possibilité d'un contrôle efférent."
Stoop espère son modèle pourrait un jour avoir d'autres applications. Il pourrait conduire à de meilleurs implants cochléaires médicaux. Et les principes derrière le logiciel pourraient aller vers l'amélioration des programmes de reconnaissance sonore. Stoop ont également suggéré que les détecteurs sonores sensibles, disent, votre voiture pourrait être en mesure de reconnaître et de diagnostiquer des problèmes de moteur.
Ashmore est moins optimiste. "Modèles cochléaires peuvent être utiles dans la conception de meilleurs implants cochléaires, ou une future prothèse qui remplace mal travailler ou endommagé oreille interne. C'est un peu un long shot, mais il est impossible. Si vous vouliez une oreille bionique, vous auriez à concevoir avec certains de ces dessins cochléaires à l'esprit. Mais je ne sais pas si ce modèle particulier est facile à mettre en œuvre par voie électronique. "
