Echolokacja ludzka - Human echolocation

Echolokacja ludzka to zdolność człowieka do wykrywania obiektów w ich otoczeniu poprzez wykrywanie echa tych obiektów, aktywne tworzenie dźwięków: na przykład stukanie laskami , lekkie tupanie stopą, pstrykanie palcami lub wydawanie odgłosów klikania ustami. Osoby wyszkolone w orientowaniu się za pomocą echolokacji mogą interpretować fale dźwiękowe odbite przez pobliskie obiekty, dokładnie identyfikując ich lokalizację i wielkość.

Tło

Termin „echolokacja” został ukuty przez zoologa Donalda Griffina w 1944 roku; jednak doniesienia o tym, że niewidomi ludzie są w stanie zlokalizować ciche obiekty, pochodzą z 1749 roku. Ludzka echolokacja była znana i formalnie badana od co najmniej lat pięćdziesiątych. We wcześniejszych czasach ludzka echolokacja była czasami opisywana jako „widzenie twarzy” lub „wyczucie przeszkód”, ponieważ uważano, że bliskość pobliskich obiektów powoduje zmiany nacisku na skórę. Dopiero w latach czterdziestych seria eksperymentów przeprowadzonych w Cornell Psychological Laboratory pokazała, że ​​dźwięk i słuch, a nie zmiany nacisku na skórę, były mechanizmami napędzającymi tę zdolność. Dziedzina echolokacji ludzi i zwierząt była badana w formie książkowej już w 1959 roku. Patrz także White, et al. (1970)

Wiele osób niewidomych biernie wykorzystuje naturalne echa środowiska, aby wyczuć szczegóły dotyczące ich środowiska; jednak inni aktywnie wytwarzają kliknięcia i są w stanie ocenić informacje o swoim otoczeniu za pomocą echa z tych kliknięć. Zarówno pasywna, jak i aktywna echolokacja pomagają osobom niewidomym poznać ich środowisko.

Ponieważ osoby widzące dowiadują się o swoim otoczeniu za pomocą wzroku, często nie dostrzegają echa od pobliskich obiektów. Jest to spowodowane zjawiskiem tłumienia echa wywołanym efektem pierwszeństwa . Jednak dzięki szkoleniu osoby widzące z normalnym słyszeniem mogą nauczyć się omijać przeszkody za pomocą tylko dźwięku, co pokazuje, że echolokacja jest ogólną ludzką zdolnością.

Mechanika

Wzrok i słuch są ze sobą ściśle powiązane, ponieważ mogą przetwarzać odbite fale energii. Wzrok przetwarza fale świetlne, które wędrują ze swojego źródła, odbijają się od powierzchni w całym otoczeniu i wnikają do oczu. Podobnie układ słuchowy przetwarza fale dźwiękowe, które wędrują od źródła, odbijają się od powierzchni i wchodzą do uszu. Oba systemy mogą wydobyć wiele informacji o środowisku, interpretując złożone wzorce odbitej energii, które otrzymują. W przypadku dźwięku te fale odbitej energii nazywane są „ echami ”.

Echa i inne dźwięki mogą przekazywać informacje przestrzenne, które pod wieloma względami są porównywalne do tych przekazywanych przez światło. Dzięki echom niewidomy podróżnik może odbierać bardzo złożone, szczegółowe i konkretne informacje z odległości daleko poza zasięgiem najdłuższej laski lub ramienia. Echa udostępniają informacje na temat charakteru i rozmieszczenia obiektów oraz elementów środowiska, takich jak nawisy, ściany, przejścia i wnęki, słupy, wznoszące się krawężniki i stopnie, skrzynki na doniczki, przechodnie, hydranty przeciwpożarowe, zaparkowane lub poruszające się pojazdy, drzewa i inne listowie oraz wiele więcej. Echa mogą dostarczać szczegółowych informacji o lokalizacji (gdzie znajdują się obiekty), wymiarach (jak duże są i ich ogólnym kształcie) oraz gęstości (jak są solidne). Lokalizacja jest ogólnie podzielona na odległość od obserwatora i kierunek (lewo/prawo, przód/tył, wysoko/nisko). Wymiar odnosi się do wysokości przedmiotu (wysoki lub niski) i szerokości (szeroki lub wąski).

Dzięki zrozumieniu wzajemnych relacji między tymi cechami można wiele dostrzec o naturze obiektu lub wielu obiektów. Na przykład przedmiot, który jest wysoki i wąski, można szybko rozpoznać jako słup. Obiekt, który jest wysoki i wąski u dołu, a szeroki u góry, byłby drzewem. Coś, co jest wysokie i bardzo szerokie, rejestruje się jako ściana lub budynek. Coś, co jest szerokie i wysokie w środku, a jednocześnie jest krótsze na obu końcach, może być zidentyfikowane jako zaparkowany samochód. Niskim i szerokim obiektem może być donica, mur oporowy lub krawężnik. I wreszcie, coś, co zaczyna się blisko i bardzo nisko, ale cofa się w dal, gdy rośnie, to zestaw kroków. Gęstość odnosi się do solidności przedmiotu (solidny/rzadki, twardy/miękki). Świadomość gęstości dodaje bogactwa i złożoności do dostępnych informacji. Na przykład przedmiot niski i solidny może być rozpoznany jako stół, podczas gdy coś niskiego i rzadkiego brzmi jak krzak; ale przedmiot, który jest wysoki, szeroki i bardzo rzadki, to prawdopodobnie ogrodzenie.

Obszary mózgu związane z echolokacją

Image
Aktywność związana z echem w mózgu wcześnie ślepego echolokatora jest pokazana po lewej stronie. Nie ma widocznej aktywności w mózgu osoby widzącej (pokazanej po prawej) słuchającej tych samych ech

Niektórzy niewidomi są zdolni do echolokacji cichych obiektów po prostu przez klikanie ustami i słuchanie powracającego echa, na przykład Ben Underwood. Chociaż przeprowadzono niewiele badań na podstawie neuronalnej echolokacji u ludzi, badania te wskazują na aktywację pierwotnej kory wzrokowej podczas echolokacji u niewidomych ekspertów echolokacji. Mechanizm napędowy tego zjawiska remapowania regionu mózgu jest znany jako neuroplastyczność .

W badaniu z 2014 roku przeprowadzonym przez Thalera i współpracowników naukowcy najpierw nagrali kliknięcia i ich bardzo słabe echa za pomocą maleńkich mikrofonów umieszczonych w uszach niewidomych echolokatorów, gdy stali na zewnątrz i próbowali zidentyfikować różne obiekty, takie jak samochód, flaga słup i drzewo. Następnie naukowcy odtworzyli nagrane dźwięki z powrotem do echolokatorów, podczas gdy aktywność ich mózgu była mierzona za pomocą funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego . Co ciekawe, gdy nagrania echolokacji były odtwarzane niewidomym ekspertom, nie tylko postrzegali obiekty na podstawie echa, ale także wykazywali aktywność w tych obszarach mózgu, które normalnie przetwarzają informacje wzrokowe u osób widzących, przede wszystkim w pierwotnej korze wzrokowej. lub V1. Wynik ten jest zaskakujący, ponieważ obszary wizualne, jak sugerują ich nazwy, są aktywne tylko podczas zadań wizualnych. Obszary mózgu, które przetwarzają informacje słuchowe, nie były bardziej aktywowane przez nagrania dźwiękowe scen na świeżym powietrzu zawierające echa, niż przez nagrania dźwiękowe scen na świeżym powietrzu, w których echa zostały usunięte. Co ważne, gdy ten sam eksperyment przeprowadzono z osobami widzącymi, które nie wykonywały echolokacji, osoby te nie mogły postrzegać obiektów i nigdzie w mózgu nie było aktywności związanej z echo. Sugeruje to, że kora ślepych echolokatorów jest plastyczna i reorganizuje się tak, że pierwotna kora wzrokowa, a nie jakikolwiek obszar słuchowy, bierze udział w obliczaniu zadań echolokacyjnych.

Pomimo tych dowodów, stopień, w jakim aktywacja w korze wzrokowej u niewidomych echolokatorów przyczynia się do zdolności echolokacyjnych, jest niejasny. Jak wspomniano wcześniej, osoby widzące mają zdolność echolokacji; jednak nie wykazują porównywalnej aktywacji w korze wzrokowej. Sugerowałoby to, że osoby widzące wykorzystują obszary poza korą wzrokową do echolokacji.

Godne uwagi przypadki ludzkiej echolokacji

Daniel Kiszy

Główny artykuł: Daniel Kiszy

Echolokację opracował Daniel Kish, który pracuje z osobami niewidomymi za pośrednictwem organizacji non-profit World Access for the Blind . Prowadzi niewidomych nastolatków wędrujących i jeżdżących na rowerach górskich przez dziką przyrodę i uczy ich bezpiecznego poruszania się po nowych miejscach za pomocą techniki, którą nazywa „FlashSonar”. Kishowi usunięto oczy w wieku 13 miesięcy z powodu raka siatkówki . Nauczył się klikać językiem podniebiennym, gdy był jeszcze dzieckiem – a teraz uczy innych niewidomych w posługiwaniu się echolokacją i tym, co nazywa „ruchliwością percepcyjną”. Chociaż początkowo był odporny na używanie laski do poruszania się, widząc ją jako "upośledzone" urządzenie i uważając się za "niesprawnego", Kish opracował technikę wykorzystującą białą laskę w połączeniu z echolokacją, aby jeszcze bardziej zwiększyć jego mobilność.

Kish donosi, że „Zmysł obrazów jest bardzo bogaty dla doświadczonego użytkownika. Można uzyskać poczucie piękna, surowości lub czegokolwiek – zarówno z dźwięku, jak i echa”. Potrafi odróżnić ogrodzenie metalowe od drewnianego dzięki informacjom zwracanym przez echa o rozmieszczeniu konstrukcji ogrodzeniowych; w ekstremalnie cichych warunkach słyszy również cieplejsze i ciemniejsze echa od drewna w porównaniu z metalem.

Tomasz Tajo

Thomas Tajo urodził się w odległej himalajskiej wiosce Chayang Tajo w stanie Arunachal Pradesh w północno-wschodnich Indiach i stracił wzrok w wieku 7-8 lat z powodu zaniku nerwu wzrokowego. Tajo nauczył się echolokacji. Obecnie mieszka w Belgii i współpracuje z Visioneers lub World Access, aby przekazywać niezależne umiejętności nawigacyjne osobom niewidomym na całym świecie. Tajo jest również niezależnym badaczem. Bada kulturową i biologiczną historię ewolucji zmysłów i prezentuje swoje odkrycia na konferencjach naukowych na całym świecie.

Ben Underwood

Image
Ben Underwood

Ben Underwood był niewidomym Amerykaninem, który urodził się 26 stycznia 1992 roku w Riverside w Kalifornii. W wieku dwóch lat zdiagnozowano u niego raka siatkówki, a w wieku trzech lat usunięto mu oczy.

Nauczył się echolokacji w wieku pięciu lat, stając się w stanie wykrywać położenie obiektów, wydając częste odgłosy klikania językiem. Ten przypadek został wyjaśniony w 20/20: Tajemnice medyczne . Używał go do takich wyczynów jak bieganie, granie w koszykówkę, jazda na rowerze, jazda na rolkach, gra w piłkę nożną i jazda na deskorolce. Uczęszczał do szkoły w Edward Harris Jr. Middle School. Okulista z dzieciństwa Underwooda twierdził, że Underwood był jednym z najsprawniejszych ludzkich echolokatorów.

Tom De Witte

Tom De Witte urodził się w 1979 roku w Belgii z obustronną jaskrą wrodzoną . Wydawało się, że zostanie odnoszącym sukcesy flecistą, dopóki nie musiał zrezygnować z grania muzyki w 2005 roku. De Witte jest całkowicie niewidomy od 2009 roku z powodu dodatkowych problemów ze wzrokiem. Echolokacji uczył go Daniel Kish, a prasa nadała mu przydomek „Batman z Belgii”.

Dr Lawrence Scadden

Scadden opisał swoje doświadczenia ze ślepotą. Nie urodził się niewidomy, ale stracił wzrok z powodu choroby. Jako dziecko nauczył się korzystać z echolokacji na tyle dobrze, aby jeździć na rowerze w ruchu ulicznym. (Jego rodzice myśleli, że pozostało mu jeszcze trochę wzroku.) Później brał udział w eksperymentach dotyczących widzenia twarzy. Około 1998 roku odwiedził Laboratorium Neuroetologii Słuchowej na Uniwersytecie Maryland i udzielił wywiadu na temat swoich doświadczeń z widzeniem twarzy. Naukowcy w laboratorium badali echolokację nietoperzy i byli świadomi zjawiska Wiederorientierung opisanego przez Griffina (1959), w którym nietoperze, pomimo ciągłego nadawania sygnałów echolokacyjnych, wykorzystują integrację ścieżek w znanej przestrzeni akustycznej. Scadden wskazał, że odkrył, że echolokacja wymaga dodatkowego wysiłku i nie używałby jej do poruszania się po znanych obszarach, chyba że był wyczulony na przeszkody, zapewniając w ten sposób wgląd w zachowanie nietoperzy.

Regionalny Związek Nauki, Inżynierii i Matematyki dla Uczniów Niepełnosprawnych (RASEM) oraz Nauka Edukacji dla Uczniów Niepełnosprawnych (SESD), grupa specjalnego zainteresowania Narodowego Stowarzyszenia Nauczycieli Nauki (NSTA) utworzyły Wybitny Nauczyciel Lawrence A. Scadden Nagroda Roku dla Uczniów Niepełnosprawnych na jego cześć.

Lucas Murray

Lucas Murray (ur. ok. 2002), z Poole w Dorset , urodził się niewidomy, ale jest jednym z pierwszych Brytyjczyków, którzy poznali ludzką echolokację. Dzięki echo spowodowanemu klikaniem językiem na podniebieniu Murray może określić, jak blisko znajdują się obiekty i z czego są zrobione. Technikę uczył go Daniel Kish . Murray urodził się w Poole w Dorset ze złożonymi potrzebami medycznymi, w tym dysplazją przegrodowo-oczną . Był niewidomy od urodzenia, ale zostało to potwierdzone dopiero w wieku pięciu miesięcy. Na tym etapie jego rodzice, Sarah i Iain, wierzyli, że jego ślepota przysporzy mu problemów. Jednak Sarah i Iain obejrzeli film dokumentalny o młodym Amerykaninie o imieniu Ben Underwood, chłopcu, który wykorzystał echolokację, której sam nauczył się na bardzo wysokim poziomie. W filmie dokumentalnym Daniel Kish, założyciel organizacji charytatywnej World Access for the Blind , mówił nie tylko o echolokacji, ale także o znaczeniu Long Cane . Wiele miesięcy po obejrzeniu filmu dokumentalnego w telewizji Sarah odkryła, że ​​Daniel odwiedza szkocką organizację charytatywną Visibility, więc skontaktowała się z nim i zapytała, czy mógłby odwiedzić Lucasa. Daniel Kish, 41-letni niewidomy Kalifornijczyk, wraz z Brianem Bushwayem z World Access for the Blind, przez cztery dni w 2007 roku uczył Lucasa podstaw echolokacji i znaczenia odpowiedniej długiej laski. że lokalizacja echa i „podejście bez ograniczeń” dały Lucasowi „fantastyczną przyszłość”. Jego rodzice założyli organizację charytatywną Common Sense, której celem jest wspieranie rodziców i opiekunów dzieci z dysfunkcją wzroku. Oferują również długie białe laski dzieciom w Wielkiej Brytanii za pośrednictwem banku The Common Sense Children's Cane Bank.

W 2019 roku cieszył się tygodniowym stażem pracy w South Western Railway .

Korzystanie z echolokacji

Matka Lucasa, Sarah, powiedziała, że ​​w wieku siedmiu lat jego samodzielność poprawiała się prawie z każdym dniem i mógł bawić się z innymi dziećmi w sporty, takie jak wspinaczka skałkowa i koszykówka. Lucas identyfikuje odległość obiektów, mierząc czas powrotu echa od kliknięcia, a na podstawie odbitego dźwięku może również określić gęstość i kształt, Lucas jest pierwszym brytyjskim uczniem, który otrzymał kompleksowy program zaawansowanego echa -Lokalizacja. podobne do echolokacji i wykorzystania sonaru do obrazowania otoczenia wykorzystywanego przez nietoperze. Podobno Kish powiedział, że „mobilność Lucasa jest niesamowita” i że jest „najlepszy w swoim wieku w Wielkiej Brytanii”. Jednak Kish napisał do rodziców Lucasa i innych reporterów, niepublikowany, że faktycznie powiedział: „Mobilność Lucasa jest jedną z najlepszych w Wielkiej Brytanii w jego wieku z mojego doświadczenia”. Lucas mówi, że bardzo lubi ten system. Lucas używa również długiej białej laski, aby znaleźć przedmioty w pobliżu swoich stóp. Używa laski teleskopowej AmbuTech, ponieważ jest lekka i ma ceramiczną końcówkę. Przy odpowiedniej długości sięga do nosa, gdy jest wyprostowany.

Kevin Warwick

Naukowiec Kevin Warwick eksperymentował z podawaniem impulsów ultradźwiękowych do mózgu (poprzez stymulację elektryczną z implantu nerwowego) jako dodatkowego sygnału czuciowego. W testach był w stanie dokładnie określić odległość do obiektów i wykryć niewielkie ruchy tych obiektów.

Juan Ruiz

Niewidomy od urodzenia Juan Ruiz mieszka w Los Angeles w Kalifornii. Wystąpił w pierwszym odcinku Superhumans Stana Lee , zatytułowanym „Electro Man”. Odcinek pokazał, że potrafi jeździć na rowerze, unikać zaparkowanych samochodów i innych przeszkód oraz identyfikować pobliskie obiekty. Wszedł i wyszedł z jaskini, gdzie określił jej długość i inne cechy.

W popularnych mediach

Awatar: Ostatni Władca Powietrza

Toph Beifong to fikcyjna dziewczyna z serialu animowanego Avatar: The Last Airbender, która wykorzystuje wysoce zaawansowaną formę echolokacji, która jest możliwa dzięki technice zwanej „earthbending” ( telekinetyczna manipulacja żywiołem ziemi). Urodzona niewidoma, rozwinęła nadwrażliwe mechanoreceptory i jest w stanie wyczuć drobne wibracje na tyle dobrze, aby stworzyć dokładny obraz otoczenia, tak że jest kompetentnym wojownikiem, choć jest wrażliwa, gdy jej przeciwnicy są w powietrzu. Później wykorzystuje tę nadwrażliwość do rozwijania sztuki wyginania metalu, ucząc Awatara Aanga magii ziemi. Wykorzystując swoje niezwykle wyrafinowane zdolności, potrafi również wyczuwać wibracje tętna i oddechu człowieka, stając się w efekcie ludzkim wariografem .

Postrzeganie

Gra wideo Percepcja z 2017 roku umieszcza gracza w roli niewidomej kobiety, która musi korzystać z echolokacji, aby poruszać się po środowisku.

Ostatni z nas

W grze Naughty Dog z 2013 roku na PlayStation 3, The Last of Us , zainfekowane osoby zwane „klikaczami” używają echolokacji.

Wyobrażać sobie

W filmie Imagine z 2012 roku główny bohater uczy studentów w klinice dla osób niedowidzących echolokacji. Ta niekonwencjonalna metoda budzi kontrowersje, ale pomaga uczniom odkrywać świat.

Śmiałek

Matthew Murdock za dnia jest obrońcą, a nocą działaczem walki z przestępczością, pod pseudonimem Daredevil od Marvel Comics . Jako dziecko brał udział w wypadku, w którym jego oczy zetknęły się z radioaktywnymi chemikaliami, skutecznie go oślepiając, chociaż wzmacniało to jego inne zmysły (zapach, słuch i dotyk) do nadludzkich poziomów. Jeśli wystarczająco się skoncentruje, jest w stanie usłyszeć wołanie o pomoc z oddalonych przecznic. Podobnie jak Toph Beifong, może wykorzystać swój supersłuch do wykrycia bicia serca, a także niewielkich zmian tempa oddechu i tonu głosu, stając się w ten sposób ludzkim wykrywaczem kłamstw. Podobnie jak Toph, wykorzystuje swoje umiejętności na swoją korzyść w walce.


Duchy Lodowego Lasu

W powieści z 2021 roku bohater Shanawdithit pochodzi z Dorset z Winlandii, w dzieciństwie zaślepiony przez Freydis Eiriksdottir . Wraca jako młoda osoba dorosła, zdolna do walki z najeźdźcami Wikingów i zemsty za pomocą łuku i strzały za pomocą echolokacji.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki