Когда летучая мышь летит по воздуху, она быстро издает серию высоких щелчков - иногда до 200 в секунду - которые имеют гораздо более высокую высоту звука, чем слышит человеческое ухо. Летучие мыши, тем не менее, легко слышат эти звуки и анализируют, как звуки отражаются от предметов в их окружении, прежде чем вернуться к их ушам. Следуя подсказкам громкости, направления и скорости, с которой эти звуки возвращаются, летучие мыши могут эффективно видеть в кромешной темноте.
Связанный контент
- Усы этого сома похожи на сверхчувствительные полоски pH
В последние годы все больше доказательств подтверждают, что люди - как зрячие, так и слабовидящие - способны на нечто подобное. В отличие от летучих мышей (наряду с дельфинами, зубатыми китами и некоторыми другими видами, способными к эхолокации), эта способность не является врожденной, но ряд экспериментов показывает, что некоторые люди, по крайней мере, могут научиться эхолокации.
Многие из предметов этих исследований были людьми с нарушениями зрения, которые развивали способность с течением времени как необходимость. Самым известным является Даниэль Киш, который потерял зрение, когда ему было год, но сделал заголовки для того, чтобы взбираться на горы, кататься на велосипедах и жить один в пустыне. Киш, которого окрестили «настоящим Бэтменом» способен выполнять эти задачи из-за своей сверхъестественной способности «видеть» путем эхолокации.
Как он это делает? Отчасти благодаря широкому освещению таланта Киша, несколько лабораторий и исследовательских групп начали исследовать эхолокацию человека в целом несколько лет назад.
Они обнаружили, что, хотя нам не хватает специализированных анатомических структур, которые развивались специально для эхолокации у таких видов, как летучие мыши, принципы в основном одинаковы. Для начала человек должен издать шум, аналогичный высокому щелчку летучей мыши.
Большинство эхолокаторов, включая Киша, совершают щелчок, щелкая кончиком языка по крышке рта, создавая временный вакуум, который издает резкий звук, когда язык отрывается. Исследование, проведенное в 2009 году исследователями из Испании, одним из первых по эхолокации человека, показало, что особый щелчок Киша особенно хорошо подходит для эхолокации: он тянет свой язык назад, от неба, а не вниз. Со временем практика может привести к более четкому щелчку, который облегчает эхолокацию.
Мы не можем сопоставить 200 или около того кликов в секунду, достигнутых летучими мышами и дельфинами, но это не является действительно необходимым. Киш, например, просто издает щелчки каждые несколько секунд, с интервалами молчания, когда ему не нужно получать новую картину своего окружения.
Оттуда звуковые волны, создаваемые щелчком, передаются в нашу среду со скоростью примерно 1100 футов в секунду. Размахивая во всех направлениях, эти волны отражаются от объектов, сооружений и людей вокруг эхолокатора и возвращаются в его или ее уши. Громкость ответного щелчка намного тише, чем оригинал, но те, кто правильно обучен, легко распознают тонкий звук. И хотя может показаться удивительным, что можно анализировать эти звуковые волны для создания картины окружающей среды, некоторые из основных принципов игры - это концепции, на которые вы уже полагаетесь каждый день.
Во-первых, есть тот факт, что у нас есть два уха, по одному на каждой стороне нашей головы, и, таким образом (за исключением любых нарушений), мы можем слышать в стерео, так же, как наша пара глаз позволяет нам видеть в стерео. На практике это означает, что вы неосознанно сравниваете громкость определенного звука в каждом из ваших ушей и предполагаете, что более громкая сторона - это та, из которой исходил звук. Например, когда кто-то называет ваше имя, вы, как правило, знаете, что поворачиваете в правильном направлении, не задумываясь.
Таким же образом, эхолокаторы могут анализировать громкость возвращающихся звуковых волн, чтобы «видеть» их окружение. Если одна сторона получает гораздо более громкие волны, чем другая, это показывает, что звук отскочил назад быстрее и, таким образом, пошел по более короткому маршруту - указывая на наличие объекта или препятствия на этой стороне.
Кроме того, для тренированного уха ответный щелчок звучит несколько иначе в зависимости от конкретного объекта, от которого он отскочил. Вы, вероятно, заметили, что ваш голос звучит по-другому в обставленной коврами комнате, чем в пустой, выложенной плиткой. Как указывает Киш, теннисный мяч, отражающийся от стены, звучит иначе, чем когда он отражается от куста. При достаточной практике можно сделать те же самые тонкие различия в ответных звуках щелчка, рисуя картину мира в целом.
Это может быть проще для тех, у кого нет зрения. В 2011 году команда из Университета Западного Онтарио использовала МРТ (функциональную магнитно-резонансную томографию), чтобы исследовать основную активность мозга, которая происходит во время эхолокации впервые. Интересно, что они обнаружили, что в двух эхолокаторах с нарушением зрения этот акт вызывал активность в зрительной коре, области мозга, в значительной степени предназначенной для интерпретации визуальной информации. Когда они проверили двух зрячих людей, которые были плохо знакомы с эхолокацией, они не обнаружили активности в этой области, подразумевая, что мозг двух эхолокаторов с ослабленным зрением компенсирует отсутствие зрения, выделяя вместо этого дополнительную вычислительную мощность.
Продвинутые эхолокаторы показали повышенную умственную активность в тех частях мозга, которые обычно предназначены для зрения. (Изображение через Wikimedia Commons / Alan Thistle) Чтобы стать экспертом по эхолокации, нужны годы практики, но исследования показали, что даже час или около того практики могут дать немедленные результаты. В одном исследовании, опубликованном в мае, участники были с завязанными глазами и просили рассказать, какой из двух дисков, помещенных перед ними, был больше с помощью эхолокации. Со временем они смогли определить правильный диск по ставкам лучше, чем случайно.
Испанская исследовательская группа и Киш, выступая в качестве президента организации World Access for the Blind, работают над тем, чтобы помочь большему количеству людей овладеть искусством эхолокации. Исследователи разрабатывают серию протоколов, позволяющих новичкам начать практиковать, а Киш проводит семинары для слабовидящих. «Два часа в день в течение пары недель достаточно, чтобы определить, есть ли перед вами какой-либо предмет», - сказал Хуан Антонио Мартинес, ведущий автор испанского исследования, в интервью Science Daily. «Еще через две недели вы сможете увидеть разницу между деревьями и тротуарами».
