Gimdoje esantys vaisiai kai kuriuos garsus pradeda girdėti maždaug 20 nėštumo savaitę. Tačiau dėl amniono skysčio ir aplinkinių audinių slopinančio poveikio jie girdi tik žemo dažnio garsus.
Naujame MIT vadovaujamame tyrime teigiama, kad šis susilpnintas jutiminis poveikis yra naudingas ir galbūt būtinas klausos vystymuisi. Naudodami paprastus kompiuterinius žmogaus klausos apdorojimo modelius, tyrėjai parodė, kad iš pradžių apribojus žemo dažnio garsus, kai modeliai mokėsi atlikti tam tikras užduotis, iš tikrųjų pagerėjo jų rezultatai.
Kartu su ankstesniu tos pačios grupės tyrimu, kuris parodė, kad ankstyvas neryškių veidų poveikis pagerina vėlesnį kompiuterinių modelių apibendrintą gebėjimą atpažinti veidus, šie rezultatai rodo, kad žemos kokybės jutiminės informacijos gavimas gali būti labai svarbus kai kuriems smegenų vystymosi aspektams.
„Užuot galvojus, kad prasta įvesties kokybė yra biologijos mums primestas apribojimas, šiame darbe laikomasi požiūrio, kad galbūt gamta elgiasi protingai ir suteikia mums tinkamą impulsą sukurti mechanizmus, kurie vėliau pasirodo esantys labai naudingi, kai mums reikia spręsti sudėtingas atpažinimo užduotis“, – sako Pawanas Sinha, MIT Smegenų ir kognityvinių mokslų departamento regos ir kompiuterinės neurobiologijos profesorius, vadovavęs tyrėjų komandai.
Naujajame tyrime tyrėjai parodė, kad nuo pat pradžių veikiant žmogaus klausos sistemos kompiuterinį modelį visu dažnių diapazonu, prastesni apibendrinimo rezultatai atliekant užduotis, kurioms reikia įsisavinti informaciją per ilgesnį laiką, pavyzdžiui, atpažinti emocijas iš balso įrašo. Pasak tyrėjų, iš taikomosios perspektyvos šie rezultatai rodo, kad neišnešiotiems kūdikiams, gimusiems anksčiau laiko, gali būti naudinga girdėti žemesnio dažnio garsus, o ne visą dažnių spektrą, kurį jie dabar girdi naujagimių intensyviosios terapijos skyriuose.
Marin Vogelsang ir Lukas Vogelsang, šiuo metu studijuojantys EPFL Lozanoje, yra pagrindiniai tyrimo, kuris publikuojamas žurnale Developmental Science, autoriai. Straipsnio autorius taip pat yra į pensiją išėjęs neurologas Sidney Diamondas, dabar dirbantis MIT moksliniu bendradarbiu.
Prieš kelerius metus Sinha ir jo kolegos susidomėjo galimybe ištirti, kaip nekokybiška jutiminė informacija veikia tolesnę smegenų raidą. Šis klausimas iš dalies kilo po to, kai mokslininkai turėjo galimybę susipažinti ir ištirti berniuką, kuris gimė su katarakta, kuri jam buvo pašalinta tik sulaukus ketverių metų
Šį berniuką, gimusį Kinijoje, vėliau įsivaikino amerikiečių šeima ir nukreipė į Sinhos laboratoriją, kai jam buvo 10. Tyrimai parodė, kad jo regėjimas buvo beveik normalus, išskyrus vieną svarbią išimtį: Jis labai prastai atpažindavo veidus. Kiti aklų vaikų, gimusių aklais, tyrimai taip pat atskleidė, kad, atkūrus regėjimą, jie turi trūkumų atpažindami veidus
Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad šis sutrikimas galėjo atsirasti dėl to, kad kūdikiai ir maži vaikai negauna tam tikros nekokybiškos regimosios informacijos, kurią paprastai gauna. Kai gimsta kūdikiai, jų regėjimo aštrumas būna labai silpnas – maždaug 20/800, 1/40 normalaus 20/20 regėjimo stiprumo. Taip yra iš dalies dėl mažesnio fotoreceptorių tankumo naujagimio tinklainėje. Kūdikiui augant, receptoriai tampa tankesni ir regėjimo aštrumas pagerėja.
„Mūsų pasiūlyta teorija buvo ta, kad šis pradinis neryškaus ar pablogėjusio regėjimo laikotarpis yra labai svarbus. Kadangi viskas taip neryškiai matoma, smegenys turi integruoti didesnius regos lauko plotus“, – sako Sinha.
Siekdami ištirti šią teoriją, mokslininkai naudojo tam tikrą kompiuterinį regos modelį, vadinamą konvoliuciniu neuroniniu tinklu. Jie mokė modelį atpažinti veidus, pateikdami jam arba neryškius duomenis, o vėliau – aiškius, arba aiškius duomenis iš pat pradžių. Jie nustatė, kad modeliai, kurie iš pradžių gaudavo neaiškią įvestį, geriau apibendrino veidų atpažinimo užduotis. Be to, neuroninių tinklų receptoriniai laukai, t. y. jų aprėpiamos regos srities dydis, buvo didesni nei modelių, kurie nuo pat pradžių buvo mokomi gauti aiškią įvestį, receptoriniai laukai.
Po to, kai šis tyrimas buvo paskelbtas 2018, mokslininkai norėjo ištirti, ar šis reiškinys gali būti pastebėtas ir kitų tipų jutimo sistemose. Klausos raida šiek tiek kitokia, nes pilnamečiai kūdikiai gimsta su beveik normalia klausa visame garsų spektre. Tačiau prenataliniu laikotarpiu, kai klausos sistema dar tik vystosi, kūdikiai gimdoje patiria pablogėjusios kokybės garsą
Siekdami ištirti pablogėjusio garso poveikį, mokslininkai išmoko žmogaus klausos kompiuterinį modelį atlikti užduotį, kuriai atlikti reikia integruoti informaciją per ilgą laiko tarpą – nustatyti emocijas iš balso įrašo. Kol modeliai mokėsi atlikti užduotį, tyrėjai juos maitino vienu iš keturių skirtingų klausos įvesties tipų: tik žemo dažnio, tik pilno dažnio, žemo dažnio, po kurio seka pilnas dažnis, ir pilno dažnio, po kurio seka žemas dažnis.
Žemas dažnis, po kurio seka pilnas dažnis, labiausiai atitinka tai, ką patiria besivystantys kūdikiai, ir tyrėjai nustatė, kad kompiuteriniai modeliai, veikiami šio scenarijaus, emocijų atpažinimo užduotyje pasižymėjo labiausiai apibendrintu veiklos profiliu. Šie modeliai taip pat sukūrė didesnius laikinius recepcinius laukus, t. y. jie galėjo analizuoti ilgesnį laiko tarpą vykstančius garsus.
Tai, kaip ir regos tyrimas, rodo, kad pablogėjusi įvestis ankstyvuoju raidos laikotarpiu iš tikrųjų skatina geresnius sensorinės integracijos gebėjimus vėlesniame gyvenime.
„Tai patvirtina mintį, kad pradėjus nuo labai ribotos informacijos, laikui bėgant ji vis gerėja ir gerėja, tai gali būti sistemos savybė, o ne klaida“, – sako Lukasas Vogelsangas.
Priešlaikinio gimdymo poveikis
Ankstesni kitų laboratorijų tyrimai parodė, kad neišnešiotiems kūdikiams sutrinka žemo dažnio garsų apdorojimas. Vėliau gyvenime jie blogiau nei pilnai gimę kūdikiai atlieka emocijų klasifikavimo testus. Masačusetso technologijos instituto (MIT) komandos kompiuterinių tyrimų rezultatai rodo, kad šie sutrikimai gali atsirasti dėl to, kad jie negauna tam tikros žemos kokybės sensorinės informacijos, kurią paprastai gauna gimdoje.
„Jei nuo pat gimimo suteikiama viso dažnio informacija, tuomet smegenys netenka paskatos bandyti atrasti ilgo nuotolio ar išplėstinę laiko struktūrą. Jos gali išsiversti tik su vietine laiko struktūra“, – sako Sinha. „Tikėtina, kad būtent taip neišnešioto vaiko smegenis veikia tiesioginis pasinėrimas į viso dažnio garsinius peizažus.“
Tyrėjai teigia, kad neišnešiotiems kūdikiams, gimusiems anksčiau laiko, būtų naudinga po gimimo juos veikiant daugiausia žemo dažnio garsais, kad būtų imituojamos sąlygos, kurių jiems trūksta gimdoje.
Dabar tyrėjų komanda tiria kitas sritis, kuriose toks pablogėjęs įvesties poveikis gali būti naudingas smegenų vystymuisi. Tai apima tokius regos aspektus, kaip spalvų suvokimas, taip pat kokybiškai kitokias sritis, pavyzdžiui, kalbos vystymąsi.
„Mus nustebino tai, kaip nuosekliai pasakojimas ir eksperimentinių rezultatų hipotezė atitinka šią idėją, kad pradinė degradacija yra adaptyvi vystymosi tikslais“, – sako Sinha. „Manau, kad šis darbas iliustruoja džiuginančius siurprizus, kuriuos mums siūlo mokslas. Mes nesitikėjome, kad idėjos, kilusios dirbant su įgimto aklumo vaikais, turės didelę įtaką mūsų mąstymui apie klausą. Tačiau iš tiesų paaiškėjo, kad tarp šių dviejų sričių yra gražus konceptualus bendrumas. Ir galbūt šis bendras bruožas net neapsiriboja šiais dviem jutiminiais būdais. Akivaizdu, kad mūsų laukia daugybė įdomių tyrimų klausimų.“
Tyrimą finansavo Nacionalinis sveikatos institutas
