Gimdos viduje vaisius gali pradėti girdėti garsus maždaug nėštumo savaitę. Tačiau įvestis, su kuria jie susiduria, apsiriboja žemo dažnio garsais dėl vaisiaus vandenų ir aplinkinių audinių duslinančio poveikio.
Naujas MIT vadovaujamas tyrimas rodo, kad šis pablogėjęs jutimas. įvestis yra naudinga ir galbūt būtina klausos vystymuisi. Naudodami paprastus kompiuterinius žmogaus klausos apdorojimo modelius, mokslininkai parodė, kad iš pradžių apribojus įvestį žemo dažnio garsais, kai modeliai išmoko atlikti tam tikras užduotis, iš tikrųjų pagerino jų veikimą.
Kartu su ankstesniu tos pačios komandos atliktas tyrimas, kuris parodė, kad ankstyvas susiliejusių veidų buvimas pagerina kompiuterinių modelių apibendrinimo gebėjimą atpažinti veidus, išvados rodo, kad žemos kokybės jutimo įvestis gali būti labai svarbi kai kuriems smegenų vystymosi aspektams.
„Užuot galvoję apie prastą įvesties kokybę kaip apie biologijos mums keliamą apribojimą, šiame darbe laikomasi požiūrio, kad galbūt gamta elgiasi protingai ir suteikia mums reikiamą impulsą sukurti mechanizmus. kurios vėliau pasirodo labai naudingos, kai mūsų prašoma atlikti sudėtingas atpažinimo užduotis“, – sako Pawan Sinha, regėjimo ir skaičiavimo neurologijos profesorius iš MIT Smegenų ir pažinimo mokslų katedros.
Naujajame tyrime mokslininkai parodė, kad žmogaus klausos sistemos skaičiavimo modelio veikimas viso dažnių diapazone nuo pat pradžių pablogino užduočių apibendrinimo efektyvumą. kuriems reikia įsisavinti informaciją ilgesnį laiką, pavyzdžiui, atpažinti emocijas iš balso klipo. Iš taikomosios perspektyvos išvados rodo, kad neišnešiotiems kūdikiams gali būti naudingi veikiami žemesnio dažnio garsų, o ne viso dažnių spektro, kurį jie dabar girdi naujagimių intensyviosios terapijos skyriuose, teigia mokslininkai.
Marin Vogelsang ir Lukas Vogelsang, šiuo metu abu EPFL Lozanos studentai, yra pagrindiniai tyrimo, kuris pasirodo žurnale Developmental Science , autoriai. Sidney Diamond, išėjęs į pensiją neurologas ir dabar MIT tyrimų padalinys, taip pat yra šio straipsnio autorius.
Žemos kokybės įvestis
Prieš keletą metų Sinha ir jo kolegos susidomėjo tyrinėti, kaip žemos kokybės jutimo įvestis veikia tolesnį smegenų vystymąsi. Šis klausimas iš dalies iškilo po to, kai mokslininkai turėjo galimybę susitikti ir ištirti berniuką, kuris gimė su katarakta, kuri nebuvo pašalinta iki ketverių metų.
Šis berniukas, kuris gimė Kinijoje, vėliau įsivaikino amerikiečių šeima ir būdamas 10 nukreipė į Sinhos laboratoriją. Tyrimai atskleidė, kad jo regėjimas buvo beveik normalus, išskyrus vieną pastebimą išimtį: jis labai prastai atpažino veidus. Kiti tyrimai su vaikais, gimusiais aklais, taip pat atskleidė veido atpažinimo trūkumą po to, kai jiems buvo atkurtas regėjimas.
Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad šis sutrikimas gali atsirasti dėl kai kurių prastos kokybės elementų praleidimo. vaizdinė įvestis, kurią paprastai gauna kūdikiai ir maži vaikai. Gimus kūdikiams, jų regėjimo aštrumas yra labai prastas – apie 20/800, 1/800 normalaus / regėjimo stiprumas. Taip yra iš dalies dėl mažesnio fotoreceptorių tankio naujagimio tinklainėje. Kūdikiui augant receptoriai tampa tankesni, o regėjimo aštrumas gerėja.
„Mūsų pasiūlyta teorija buvo tokia, kad šis pradinis neryškaus ar pablogėjusio regėjimo laikotarpis buvo labai svarbus. Kadangi viskas taip neaiški, smegenys turi integruotis į didesnes regėjimo lauko sritis“, – sako Sinha.
Norėdami ištirti šią teoriją, mokslininkai naudojo žinomą kompiuterinį regėjimo modelį. kaip konvoliucinis neuroninis tinklas. Jie išmokė modelį atpažinti veidus, suteikdami jam neryškų įvestį, o vėliau aiškią įvestį, arba aiškią įvestį nuo pat pradžių. Jie nustatė, kad modeliai, kurie anksti gavo neaiškią informaciją, parodė geresnį apibendrinimo efektyvumą atliekant veido atpažinimo užduotis. Be to, neuroninių tinklų imlūs laukai – jų apimamos regėjimo srities dydis – buvo didesni nei imlūs laukai modeliuose, kurie nuo pat pradžių buvo mokomi aiškios įvesties pagrindu.
Po šio tyrimo buvo paskelbtas 2018, mokslininkai norėjo ištirti, ar šis reiškinys gali būti pastebėtas ir kitų tipų jutimo sistemose. Atliekant klausymą, vystymosi laikas šiek tiek skiriasi, nes pilnalaikiai kūdikiai gimsta su beveik normalia klausa visame garso spektre. Tačiau prenataliniu laikotarpiu, kol klausos sistema vis dar vystosi, kūdikiai yra veikiami pablogėjusios garso kokybės įsčiose.
Siekdami ištirti šios pablogėjusios įvesties poveikį, mokslininkai apmokė Žmogaus klausymosi skaičiavimo modelis, skirtas atlikti užduotį, kuriai reikia ilgą laiką integruoti informaciją – emocijų atpažinimas iš balso klipo. Kai modeliai išmoko atlikti užduotį, mokslininkai suteikė jiems vieną iš keturių skirtingų garsinės įvesties tipų: tik žemo dažnio, tik viso dažnio, žemo dažnio, po kurio seka visas dažnis, ir visą dažnį, po kurio seka žemas dažnis.
Žemas dažnis, po kurio seka visas dažnis, labiausiai imituoja tai, su kuo susiduria besivystantys kūdikiai, ir mokslininkai nustatė, kad kompiuteriniai modeliai, veikiami pagal šį scenarijų, parodė labiausiai apibendrintą emocijų atpažinimo užduotį. Tie modeliai taip pat sugeneravo didesnius laikinus imlius laukus, o tai reiškia, kad jie galėjo analizuoti garsus, sklindančius per ilgesnį laikotarpį.
Tai rodo, kaip ir regėjimo tyrimas, kad kūrimo pradžioje įvestis buvo pablogėjusi. iš tikrųjų skatina geresnius jutimo integracijos gebėjimus vėlesniame gyvenime.
„Tai patvirtina mintį, kad pradedant nuo labai ribotos informacijos, o po to laikui bėgant vis geriau ir geriau iš tikrųjų gali būti sistemos ypatybė. nei būti klaida“, – sako Lukas Vogelsangas.
Priešlaikinio gimdymo padariniai
Ankstesni tyrimai, atlikti kitose laboratorijose, atskleidė, kad kūdikiai, gimę per anksti, blogai apdoroja žemo dažnio garsus. Atliekant emocijų klasifikavimo testus vėliau gyvenime jiems sekasi blogiau nei išnešiotiems kūdikiams. MIT komandos skaičiavimo rezultatai rodo, kad šie sutrikimai gali atsirasti dėl kai kurių prastos kokybės jutimo įvesties, kurią jie paprastai gautų gimdoje, rezultatas.
„Jei pateiksite visą dažnio įvestis nuo pat pradžių, tada atimate impulsą iš smegenų dalies bandyti atrasti ilgo nuotolio arba išplėstą laiko struktūrą. Jis gali susidoroti tik su vietine laiko struktūra“, – sako Sinha. „Tikriausiai tai, ką greitas panirimas į viso dažnio garso peizažus daro neišnešiotų vaiko smegenims. visų pirma žemo dažnio garsams po gimimo, imituoti į gimdą panašias sąlygas, kurių jiems trūksta.
Tyrėjų grupė dabar tiria kitas sritis, kuriose gali atsirasti tokia pablogėjusi įvestis. būti naudingas smegenų vystymuisi. Tai apima regėjimo aspektus, tokius kaip spalvų suvokimas, taip pat kokybiškai skirtingas sritis, tokias kaip kalbos raida.
„Mus nustebino, koks nuoseklus eksperimento rezultatų pasakojimas ir hipotezė. Ši idėja, kad pradinis degradavimas yra pritaikytas vystymosi tikslams, yra pritaikytas“, – sako Sinha. „Manau, kad šis darbas iliustruoja džiugias staigmenas, kurias mums siūlo mokslas. Nesitikėjome, kad idėjos, kilusios iš mūsų darbo su įgimtais aklais vaikais, turės didelės įtakos mūsų mąstymui apie klausymą. Tačiau iš tikrųjų atrodo, kad tarp dviejų sričių yra gražus konceptualus bendrumas. Ir galbūt ta bendra gija netgi peržengia šiuos du jutimo būdus. Mūsų akivaizdžiai laukia daugybė įdomių tyrimų klausimų.“
Tyrimą finansavo Nacionaliniai sveikatos institutai.
2018
