跳转到内容

认知科学：导论/听觉

Add links
来自维基教科书，开放的书籍，开放的世界


信息

[编辑 | 编辑源代码]

听觉是将一些流体介质（如空气或水）中的压力波转化为某种内部表征。

人类听觉系统（HAS）

[编辑 | 编辑源代码]

概述

[编辑 | 编辑源代码]

人类听觉系统（HAS）是外耳、中耳和内耳结构的特定组织，旨在将来自环境的声音波转化为神经信息，并发送到听觉皮层以进行语音理解 [1]。HAS 直接参与交流和语音理解。这始于通过听觉系统的各种结构进行的听觉感知。人类听觉系统对于诸如语音理解、交流、记忆、学习、平衡和定位等日常认知过程至关重要 [2]。虽然 HAS 提供了诸如来自环境的信息和促进人类合作等适应性优势 [3]，但一些问题包括耳鸣和其他听觉干扰，会降低认知效率 [4]。听觉信息可以与视觉信息同时使用，使个人能够理解周围环境 [5]。

结构

[编辑 | 编辑源代码]

HAS 是一个复杂的系统，其组织旨在确保声音振动传送到认知上连贯的输入中。听觉是接收声能或声波，导致鼓膜振动，这是听觉的主要默认机制。振动被转化为听觉信息，并激活大脑区域，如额叶和韦尼克区，这些区域负责语音和声音理解 [6]。HAS 由三个结构组成：外耳、中耳和内耳，它们由各种组织和小的骨头组成，共同发挥作用。外耳和中耳的功能是放大来自我们周围环境的听觉感知 [7]。声音放大后，这些波就会通过内耳。此时，内耳的结构会将外部听觉感知转化为振动脉冲，然后用于将信息发送到大脑。

外耳

[编辑 | 编辑源代码]

外耳由两个部分组成：耳廓和耳道。它被定义为耳朵的可见结构，其目的是收集和传输听觉数据 [8]。耳廓负责收集声音，可以定义为频率在 16 到 32 赫兹 (Hz) 和 16 000 到 20 000 赫兹之间的声波。耳廓和耳道通过处理来自耳道内毛细胞纤毛弯曲的声音，将外部听觉数据传递到鼓膜。外耳结构负责捕捉声音并将其传送到中耳 [9]。

中耳

[编辑 | 编辑源代码]

中耳由两个主要部分组成：鼓膜和听骨链 [7]。中耳还通过咽鼓管与嗅觉系统（负责嗅觉的系统）的背面相连。构成中耳的各种结构包括：锤骨前韧带、外耳道、镫骨、锤骨、锤骨柄、环状突起、锤骨后韧带、圆窗、锤骨上韧带、镫骨肌和鼓膜张肌。此外，人类中耳包含三个听骨，能够处理更高的听觉频率传输。中耳由许多较小的结构组成，这些结构负责接收来自外耳的听觉输入并将其放大，以便在内耳进行进一步处理 [10]。

内耳

[编辑 | 编辑源代码]

内耳是能够进行声音转导和平衡的结构。与外耳和中耳相比，它的结构更加复杂。它的结构包括耳蜗、充满液体的半规管和前庭 [11]。内耳还与中耳相连，与听骨链相关。内耳侧重于分析声波频率以及通过检查流体和毛纤维的运动来实现平衡机制 [12]。关于先前概念的研究结果得出结论，内耳的进化使人类能够检测更高频率的声音 [13]。

声音转导机制

[编辑 | 编辑源代码]

声音转导机制（STM）专门负责将声波转化为脉冲。在听觉感知阶段，传入通路和静息声神经将神经脉冲从耳蜗传输出去。耳蜗用作脑干的频率分析器，在那里，这些脉冲将由大脑的中央听觉通路 (CAP) 处理 [14]。内耳的传出纤维将脉冲从听觉皮层传送到耳蜗。这表明 STM 是大脑之间脉冲通信所必需的，而这种通信发生在 HAS 的神经结构中。

人类听觉系统的结构

[编辑 | 编辑源代码]

HAS 函数的作用是将声音振动转换为神经冲动 [15]。听觉系统的初始神经过程发生在中脑，在那里专门的神经元在听觉感知后积累。在听觉感知的过程中，毛细胞变得兴奋，激活神经系统内的神经冲动。内毛细胞将可听声波和频率的振动转换成神经冲动。声波触发内耳纤维后，静态听神经的离子通道打开和关闭，允许神经冲动和神经递质释放 [16]。

记忆和学习

[edit | edit source]

记忆被定义为编码新信息的能力，随后是所学知识的长期存储。人脑能够检索存储的信息来帮助认知任务 [17]。这包括短期记忆的一部分，也称为听觉工作记忆 (AWM)。AWM 使人们能够在刺激不再可感知后，在短时间内保持和操作听觉数据。在 HAS 中，工作记忆通过将听觉信息传输到 AWM 和听觉长期记忆 (ALTM) 来实现。一旦 AWM 系统持有来自工作记忆的信息，它就可以与视觉工作记忆 (VWM) 结合使用，并被传输到中央执行记忆 (CEM)。一旦被保留在 CEM 中，信息就可以被认知地处理为一个可理解的单元，并参与更高级的认知任务 [18]。

前庭功能、平衡和定位

[edit | edit source]

听觉系统在神经系统脊椎动物的感觉划分中，对前庭功能、平衡和定位起着重要作用。脊椎动物的这种划分使前庭和半规管能够保持平衡 [19]。HAS 提供的另一个功能是定位 - 确定感知声音位置的能力。定位从耳廓区分双耳接收到的音频时间开始 [9]。声音的位置被认知地感知为方向感。声音以大约每秒 344 米的速度传播。人耳相距约 0.175 米，因此双耳在不同的时间接收到相同的声音 - 大约 0.5 毫秒的时间差。到达时间之间的差异用于确定声音来自哪个方向。 [20]

听力损失

[edit | edit source]

完全或部分听力损失是成年人中第三常见的健康缺陷 [16]。完全或部分听力损失会导致认知混乱和精神衰退，因为社会孤立 [20]。HAS 中的部分听力损失可能是由许多因素造成的，最明显的是耳咽管两侧鼓膜压力平衡的破坏。          

听力损失的主要原因是长期使用 HAS 造成的内耳毛细胞损伤的不断暴露 [21]。由于暴露引起的毛细胞损伤被称为“尖端连接断裂”。尖端连接对于将机械刺激连接到毛细胞的机械电转换通道至关重要。机械电转换 (MET) 通道负责将来自我们周围环境的声音输入转换为电脉冲，以及随后的认知输入 [22]。与年龄相关的听力损失 (ARHL) 可能是由于长期使用 HAS 的影响造成的。

耳鸣

[edit | edit source]

人类听觉系统中一个常见的问题是耳鸣现象，即由耳朵的生理状况引起的噪音感知。慢性耳鸣影响 10-15% 的个体 [23]。有两种类型；客观耳鸣 (OT) 和主观耳鸣 (ST)。OT 是由大量的血液流动引起的振动引起的，这些振动刺激耳蜗。OT 被定义为客观的，因为受试者正在感知来自循环系统的实际频率和振动。ST 与 OT 不同，它不是由实际的声音感知引起的。ST 负责为受影响的受试者提供声音感知，这是由缺乏声音感知和/或声学刺激引起的 [24]。ST 对声音感知有持续的影响，持续时间从几秒到几分钟不等。

回声定位

[edit | edit source]

回声定位与听觉有关 - 它使用由代理创建的声音来确定世界中的空间关系。该动物，例如蝙蝠或海豚，发出高音调的声音。它们从环境中的表面反射回来，代理的听觉以空间方面解释这些信息。因此，可以将回声定位视为使用听觉来完成通常是视觉工作的内容 - 了解我们物质世界的结构。但请注意，它无法检测颜色、亮度或其他视觉属性：只能检测形状、距离和纹理。

动物和植物听觉系统

[edit | edit source]

一些植物对声音有反应。

  • 其他动物能够听到而我们不能听到的信息的例子

人类听觉系统的感觉

[edit | edit source]
  • 从外耳到内耳的信息处理总结
  • 阈值描述及其重要性
  • 导致某些“感知”形式的低级编码

人类听觉系统中的感知

[edit | edit source]
  • 我们对大脑如何将这些信息整合在一起的理解总结
  • 非典型人类感知的例子

人工听觉系统

[edit | edit source]
  • 例子
  1. ↑ Lee, A.K. & Wallace, M.T. (2019). Visual Influence on Auditory Perception. Multisensory Processes: The Auditory Perspective 68(1), 1-8. doi: 10.1007/978.3.030.10461.0-1
  2. ↑ Akbari, H., Khalighinejad, B., Herrero, J.L., Mehta, A.D., & Mesgarani, N. (2019). Towards reconstructing intelligible speech from the human auditory cortex. Scientific reports, 9(1), 874. doi: 10.1038/s41598-018-37359-z
  3. ↑ Anthwal, N. & Thompson, H. (2016). The development of the mammalian outer and middle ear. Journal of anatomy, 228(2), 217- 232. doi: 10.1111.joa.12344
  4. ↑ Barton, B. & Brewer, A.A. (2019). Attention and Working Memory in Human Auditory Cortex. IntechOpen, 1-32.  doi: 10.5772/intechopen.85537
  5. ↑ Lee, A.K. & Wallace, M.T. (2019). Visual Influence on Auditory Perception. Multisensory Processes: The Auditory Perspective 68(1), 1-8. doi: 10.1007/978.3.030.10461.0-1
  6. ↑ Junes, F.V., Barragan, E., Alvarez, D., Dies, P., & Tobon, S.H. (2019). Wernicke’s Area and Broca’s Area in Functional Connectivity of Language. AIP Conference Proceedings. 2090(040012), 1-5. doi: 10.1063/1.5095915
  7. ↑ a b Anthwal, N. & Thompson, H. (2016). The development of the mammalian outer and middle ear. Journal of anatomy, 228(2), 217- 232. doi: 10.1111/joa.12344
  8. ↑ Merriam-Webster Medical Dictionary. Definition: Outer Ear. (2019). Accessed at https://www.merriam-webster.com/dictionary/outer%20ear on October 1, 2019.
  9. ↑ a b Alberti, P.W. (2001) The anatomy and physiology of the ear and hearing. Occupational exposure to noise: Evaluation, prevention, and control, 53-62.
  10. ↑ Manley, G.A., Simoes, P., Burnwood, G.W., & Russell, I.J. (2018). The Mammalian Ear: Physics and the Principles of Evolution. Acoustal Society of America, 14(1), 8-16.
  11. ↑ Ekdale, E.G. (2016). Form and function of the mammalian inner ear. Journal of Anatomy. 228(1), p.50. doi: 10.1111/joa.12308
  12. ↑ Kröger, B.J. & Bekolay, T. (2017). Neural Modelling of Speech Processing and Speech Learning. Berlin: Springer-Verlag.
  13. ↑ <Manley, G.A., Simoes, P., Burnwood, G.W., & Russell, I.J. (2018). The Mammalian Ear: Physics and the Principles of Evolution. Acoustal Society of America, 14(1), 8-16.
  14. ↑ Alberti, P.W. (2001). The anatomy and physiology of the ear and hearing. Occupational exposure to noise: Evaluation, prevention, and control, 53-62.
  15. ↑ Sánchez López de Nava A, Lasrado S. Physiology, Ear. In: StatPearls. StatPearls Publishing, Treasure Island (FL); 2019.
  16. ↑ a b Wagner, E.L. & Shin, J.B. (2019) Mechanisms of Hair Cell Damage and Repair. Trends in Neuroscience, Elsevier, 414-424. doi: 10.1016/j.tins.2019.03.006
  17. ↑ Barton, B. & Brewer, A.A. (2019). Attention and Working Memory in Human Auditory Cortex. IntechOpen, 1-32. doi: 10.5772/intechopen.85537
  18. ↑ Kumar, S., Joseph, S., Gander, P.E., Barascud, N., Halpern, A.R., & Griffiths, T.D. (2016) A brain system for auditory working memory. Journal of Neuroscience 36(16) 4492-4505. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4341-14/2016
  19. ↑ Ekdale, E.G. (2016). Form and function of the mammalian inner ear. Journal of Anatomy. 228(1), p.50. doi: 10.1111/joa.12308
  20. ↑ Groh, J. M. (2014). Making space: how the brain knows where things are. Harvard University Press. Page 112.
  21. ↑ Bowl, M.R. & Dawson, S.J. (2019). Age-related hearing loss. Cold Spring Harbor perspectives in medicine, 9(8), 1-15. doi: 10.1101/cshperspect.a033217
  22. ↑ Bowl, M.R. & Dawson, S.J. (2019). Age-related hearing loss. Cold Spring Harbor perspectives in medicine, 9(8), 1-15. doi: 10.1101/cshperspect.a033217
  23. ↑ Simoes, J., Neff, P., Schoisswohl, S., Bulla, J., Schecklmann, M., Harrison, S., Vesala, M., Langguth, B., & Schlee, W. (2019). Toward Personalized Tinnitus Treatment: An Exploratory Study Based on Internet Crowdsensing. Frontiers in Public Health. 7(157), 1-10. doi: 10.3389/fpubh.2019.00157
  24. ↑ Lockwood, A.H., Slavi, R.J., & Burkard, R.F. (2002). Tinnitus. The New England Journal of Medicine, 347, 904-910. doi: 10.1056/NEJMra013395
Retrieved from "https://wikibooks.cn/w/index.php?title=Cognitive_Science:_An_Introduction/Audition&oldid=3655104"
华夏公益教科书