Кіріспе
Адамның дыбыстарды қолданып қоршаған ортаны сезу қабілеті. Адам эхолокациясы – бұл адамдардың қоршаған ортадағы заттарды олардан қайта келетін дыбыс эхосын сезіп, белсенді түрде дыбыс шығару арқылы анықтау қабілеті, мысалы, таяқпен ұру, аяқты жеңілдетіп таптау, саусақтарды щылдырату немесе ауызбен щылдырлау дыбыстарын жасау. Эхолокация арқылы бағдарлануға жаттығудан өткен адамдар жақын жердегі заттардан қайтатын дыбыс толқындарын түсініп, олардың орналасқан жерін және көлемін дәл анықтай алады.
Human echolocation is the ability of humans to detect objects in their environment by sensing echoes from those objects, by actively creating sounds: for example, by tapping their canes, lightly stomping their foot, snapping their fingers, or making clicking noises with their mouths. People trained to orient by echolocation can interpret the sound waves reflected by nearby objects, accurately identifying their location and size.
Өмірбаян
"Эхолокация" термині 1944 жылы зоолог Дональд Гриффинмен енгізілді. Бірақ бұл құбылыс бұрыннан белгілі болған, мысалы, Дени Дидро 1749 жылы соқыр адамдардың дыбыссыз заттарды анықтай алатынын хабарлаған. Адамның эхолокациясы кем дегенде 1950 жылдан бері белгілі және ғылыми тұрғыдан зерттелген. Бұрын адам эхолокациясын кейде "беттік көру" немесе "кедергі сезімі" деп сипаттаған, себебі жақын жердегі заттардың болуы теріде қысым өзгерісін тудырады деп есептелген. Тек 1940 жылдары Корнелл психологиялық зертханасында жүргізілген тәжірибелер осы қабілеттің терідегі қысым өзгерісінен емес, дыбыс пен есту арқылы жүзекететінін көрсетті. (сонымен қатар White, et al. (1970)). Көптеген соқыр адамдар қоршаған орта туралы мәліметтерді сезіну үшін табиғи эхоны пассивті түрде пайдаланады; ал кейбіреулері ауызды қозғап дыбыс шығарып, содан туындаған эхо арқылы қоршаған орта туралы ақпарат ала алады. Пассивті де, белсенді де эхолокация соқыр адамдарға қоршаған ортаны сезінуге көмектеседі. Көру қабілеті бар адамдар көбінесе жақын жердегі заттардан келетін эхоны байқамайды, себебі бұл эхоның басылу құбылысы басымдық эффектісінен туындайды. Дегенмен, жаттығулар арқылы есту қабілеті нормалы адамдар да тек дыбыс арқылы кедергілерден қашуға үйрене алады, бұл эхолокацияның жалпы адамзатқа тән қабілет екенін көрсетеді. Лор Талер Дархам университетінің зерттеушілеріне эхолокацияны адамдарға үйретуге болатынын анықтауға жетекшілік етті. Олар он апта бойы 12 соқыр адам мен 14 көретін адамға осы қабілетті үйретті.
Механика
Көру мен естудің ұқсастығы бар, себебі олардың әрқайсысы энергия толқындарының шағылысуын қабылдайды. Көру, жарық толқындарын өңдейді – олар көзінен шығып, қоршаған ортадағы беттерге шағылысып, көзге енеді. Сол сияқты, есту жүйесі де дыбыс толқындарын өңдейді, олар көзінен шығып, беттерге шағылысып, құлаққа жетеді. Екі жүйке жүйесі де сезім мүшелері қабылдаған энергияның күрделі үлгілерін түсіндіру арқылы қоршаған орта туралы көптеген ақпаратты ала алады. Дыбыс жағдайында мұндай шағылысқан энергия толқындары эхо деп аталады. Эхо және басқа да дыбыстар кеңістіктік мәліметтерді жеткізе алады, олар жарық арқылы берілетін мәліметтерге көп жағынан ұқсас. Соқыр адам эхоны пайдаланып, әлемнің өте күрделі, егжей-тегжейлі және нақты ерекшеліктерін, тіпті ең ұзын таяқ немесе қол жеткізе алмайтын қашықтықтан сезіне алады. Эхолар объектілердің сипаты мен орналасуы, сондай-ақ қоршаған ортаның ерекшеліктері туралы ақпарат береді – мысалы, төбелер, қабырғалар, есіктер мен ойыстар, бағаналар, көтерілген тротуарлар мен сатылар, гүлзарлар, жаяу жүргіншілер, өрт сөндіру гидранттары, тұрақталған немесе қозғалатын көліктер, ағаштар және басқа да жапырақтар, және тағы да көптеген нәрселер. Эхолар орналасу (объектілер қайда орналасқан), өлшем (олардың қаншалықты үлкен екені және жалпы пішіні) және тығыздық (олардың қаншалықты қатты екені) туралы егжей-тегжейлі ақпарат бере алады. Орналасу әдетте бақылаушыдан қашықтығы және бағыты бойынша (сол/оң, алды/арты, жоғары/төмен) бөлінеді. Өлшем – объектінің биіктігі (ұзын немесе қысқа) және ені (кең немесе тар). Осы қасиеттердің өзара байланысын түсіну арқылы объектінің немесе бірнеше объектінің сипаты туралы көп нәрсе білуге болады. Мысалы, биік және тар затты тез арада бағана деп тануға болады. Төменгі жағы биік, ал жоғарғы жағы кең нысан – ағаш. Биік және өте кең нәрсе – қабырға немесе ғимарат. Ортасы кең, ал шеттері қысқа нәрсе – тұрақталған көлік болуы мүмкін. Төмен және кең нысан – гүлзар, қоршау қабырғасы немесе тротуар жиегі. Ал жақын және өте төмен басталып, қашықтыққа қарай биіктейтін нәрсе – сатылар жиынтығы. Тығыздық – объектінің қаттылығын көрсетеді (қатты/сирек, қатты/жұмсақ). Тығыздық туралы білу қолда бар ақпаратқа байлық пен күрделілік қосады. Мысалы, төмен және қатты затты үстел деп тануға болады, ал төмен және сирек зат – бұта сияқты естіледі; бірақ биік, кең және өте сирек зат, әдетте, қоршау болады.
Эхолокациямен байланысты ми аймақтары
Кейбір соқыр адамдар ауыздарымен дыбыс шығарып, қайта келетін эхоны тыңдау арқылы үнсіз заттарды анықтай біледі. Адам эхолокациясының нейрондық негіздеріне қатысты аз ғылыми зерттеулер жүргізілгенімен, олар соқыр сарапшы эхолокаторларда эхолокация кезінде бастапқы көру қабығының белсенділігін байқаған. Осы мидың қайта құрылу құбылысын қозғаушы механизм нейропластичность деп аталады. 2014 жылы Талер және әріптестері жасаған зерттеуде, зерттеушілер алдымен соқыр эхолокаторлардың құлақтарына орналастырылған кішкентай микрофондар арқылы дыбыстарды және олардың өте әлсіз эхосын жазды. Олар сыртта тұрып, көлік, тудың тірегі және ағаш сияқты әртүрлі нысандарды анықтауға тырысты. Содан кейін зерттеушілер жазылған дыбыстарды эхолокаторларға қайта ойнатты, ал олардың ми белсенділігі функционалдық магниттік резонанс бейнелеу арқылы өлшенді. Таң қалдыратыны, эхолокация жазбалары соқыр сарапшыларға ойнатылғанда, олар эхоға сүйене отырып нысандарды ғана емес, сонымен қатар көру ақпаратын өңдейтін ми аймақтарында, яғни негізгі көру қабығында (V1) белсенділік көрсетті. Бұл нәтиже таңғажайып, өйткені көру аймақтары әдетте көру тапсырмалары кезінде ғана белсенді болады. Сыртқы ортаның дыбыс жазбалары, эхосы бар немесе жоқ, есту ақпаратын өңдейтін ми аймақтарын бірдей деңгейде белсендірмеді. Маңыздысы, осы тәжірибе эхолокация жасамайтын көретін адамдармен жүргізілгенде, олар нысандарды анықтай алмады және мидың ешбір бөлігінде эхоға байланысты белсенділік байқалмады. Бұл соқыр эхолокаторлардың ми қабықшасының пластикалық екенін және эхолокация тапсырмаларын орындау үшін есту аймақтарынан гөрі негізгі көру қабығын пайдаланатынын көрсетеді. Осы деректерге қарамастан, соқыр эхолокаторлардың көру қабығындағы белсенділік олардың эхолокация қабілеттеріне қаншалықты үлес қосатыны әлі анық емес. Ол жасөспірімдерді далаға саяхатқа алып шығып, тау велосипедімен жүргізуге үйретеді және оларға жаңа жерлерге қауіпсіз қалай баруға болатынын үйретеді, бұл әдісті ол "FlashSonar" деп атайды. Бастапқыда ол қозғалыс үшін таяқ қолдануға қарсы болған, оны "мүгедектік" құралы деп есептеген және өзін "ешқандай мүгедегі емес" деп санағанмен, Киш өзінің қозғалу мүмкіндіктерін кеңейту үшін ақ таяғын эхолокациямен үйлестіретін әдіс әзірледі. Ол металл қоршауды ағаш қоршаудан қоршау құрылымының орналасуы бойынша қайта келетін эхо ақпараты арқылы ажырата алады; өте тыныш жағдайда ол металлға қарағанда ағаштан келетін эхоның жылырақ және тұнжыраған дыбысын да ести алады.
Бен Андервуд
Бен Андервуд 1992 жылғы 26 қаңтарда Калифорния штатының Риверсайд қаласында дүниеге келген соқыр американдық. Екі жасында торлы қабықтың қатерлі ісігі анықталды, ал үш жасында оның көздері алынып тасталды. Бес жасында ол эхолокацияны өздігінен үйреніп, тілімен жиі дыбыс шығару арқылы заттардың орнын анықтай білді. Бұл жағдай «20/20: Медициналық сырлар» бағдарламасында көрсетілді. Ол осы қабілетін жүгіру, баскетбол ойнау, велосипед тебу, роликтермен сырғанау, футбол ойнау және скейтбордпен жүру сияқты істерге пайдаланды. Андервудтың балалық шағындағы көз дәрігері оның адамдардың арасындағы ең шебер эхолокаторлардың бірі екенін айтты. Ол басқа соқыр адамдарға да үлгі көрсетіп, оларды осы жолмен жүруге шабыстандырды. 2009 жылы ол қатерлі ісіктен көз жұмды.
Лоуренс Скадден
Лоуренс Скадден бала кезінде ауруға шалдығып көзін жоғалтты, бірақ эхолокацияны жетік меңгеріп, көлік қозғалысында велосипед тебуге үйренді. (Оның ата-анасы) оның көзі толық жоғалмаған деп ойлады. 1998 жылы ол Мэриленд университетінің аудиторлық нейроэтология зертханасында эхолокация тәжірибесі туралы сұхбат берді.
Лукас Мюррей
Лукас Мюррей, Дорсет графтығындағы Пул қаласында соқыр болып дүниеге келді. Ол адам эхолокациясын үйренген алғашқы британдықтардың бірі, оны Даниэль Киштен үйренді. Лукастың ата-анасы Дэниел Киштің Бен Андервудқа эхолокацияны үйрету туралы деректі фильмді көрді. Бірнеше ай өткен соң, Дэниелдің Шотландиядағы "Visibility" атты қайырымдылық қорына келетінін біліп, оған хабарласты. Киш бес жасар Лукасқа төрт күннің ішінде эхолокацияның негіздерін үйретті. Жеті жасқа келгенде Лукас заттардың қашықтығын ғана емес, сонымен қатар олардың қандай материалдан жасалғанын да дәл анықтай алды және тау шағасы мен баскетбол сияқты спорт түрлерінде басқа балалармен ойнай алды. 2019 жылы ол Оңтүстік-Батыс теміржолында бір апта жұмыс тәжірибесінен өтті.
Кевин Уорвик
Ғалым Кевин Уорвик миға ультрадыбыстық импульстарды жіберуді (нейроимпланттан электрлік стимуляция арқылы) қосымша сезімталдық түйсік ретінде сынап көрді. Ол сынақтар барысында нысандарға дейінгі қашықтықты дәл анықтап, олардың ұсақ қозғалыстарын да сезе алды.
Хуан Руис
Тумысынан соқыр Хуан Руис Калифорния штатының Лос-Анджелес қаласында тұрады. Ол Стен Лидің "Супергумандар" телешоуының "Электроадам" деп аталатын бірінші бөлімінде пайда болды. Бұл бөлімде ол велосипед тебу, тұраққа қойылған көліктер мен басқа да кедергілерден қашу және жақын жердегі заттарды тану қабілеттерін көрсетті. Ол үңгірге кіріп, одан шығып, оның ұзындығы мен басқа да сипаттамаларын анықтады.
Халықтық ақпарат құралдарында
2017 жылғы Perception видеоойынында ойыншы қоршаған ортаны бағдарлау үшін эхолокацияны қолдануға тиіс соқыр әйел рөлінде болады. 2012 жылғы "Қиял" фильмінде басты кейіпкер көзі нашар көрушілер клиникасындағы студенттерге эхолокацияны үйретеді. Бұл дәстүрден тыс әдіс дау тудырады, бірақ студенттерге әлемді зерттеуге көмектеседі. 2007 жылғы балалар фантастикалық романы "Грегор және тырнақ кодексінде" басты кейіпкер Грегор эхолокацияны меңгереді. Бұл дағды кітаптың негізгі оқиға орны болатын жер асты цивилизациясында күресуге пайдалы болады. Marvel кейіпкері Daredevil – эхолокациямен күшейтілген сезімдерін пайдаланып әлемді ерекше егжей-тегжейлі қабылдайтын суперқаһарман.