Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Американдық профессор Эрик Кнудсен Стэнфорд университетінде нейробиология профессоры. Ол Масаказу Конишимен бірге қорадағы соу, tyto alba дыбыс орналасуының екі өлшемді ми картасын ашқаны үшін танымал. Оның жұмысы құсқұйрықтың аудиторлық жүйесіндегі ақпаратты өңдеуді, құсқұйрықтың дамуы мен ересектеріндегі аудиторлық кеңістік картасының пластиктігін, аудио және визуалды тәжірибенің кеңістік картасына әсерін, және жақында назар аудару мен оқыту механизмдерін түсінуге ықпал етті. Ол Лашли сыйлығының, нейробиологиялық ғылымдағы Грубер сыйлығының және Ньюкомб Кливленд сыйлығының иегері және Ұлттық ғылым академиясының мүшесі.
American professor of neurobiology
Eric Knudsen is a professor of neurobiology at Stanford University. He is best known for his discovery, along with Masakazu Konishi, of a brain map of sound location in two dimensions in the barn owl, tyto alba. His work has contributed to the understanding of information processing in the auditory system of the barn owl, the plasticity of the auditory space map in developing and adult barn owls, the influence of auditory and visual experience on the space map, and more recently, mechanisms of attention and learning. He is a recipient of the Lashley Award, the Gruber Prize in Neuroscience, and the Newcomb Cleveland prize and is a member of the National Academy of Sciences.
Өмірбаян
Кнудсен Санта-Барбарадағы UC-де білім алып, B бағасын алды. А. зоологиядан кейін нейробиологиялық ғылымдар магистрі. Ол филология ғылымдарының докторы. Д. UC, Сан-Диего 1976 жылы Теодор Х. Буллоктың басқаруымен жұмыс істеді. Кнудсен 1976-1979 жылдары Калифорния технология институтында Конишимен бірге докторантурадан кейінгі науқас болды. Ол 1988 жылдан бері Стэнфорд университетінің медицина мектебінде профессор болып қызмет атқарады және 2001 жылдан 2005 жылға дейін медицина мектебінің нейробиологиялық кафедрасының төрағасы болды.
Knudsen attended UC, Santa Barbara, earning a B. A. in Zoology followed by an M. A. in Neuroscience. He earned a Ph. D. at UC, San Diego in 1976, working under Theodore H. Bullock. Knudsen was a post doctoral fellow with Konishi at California Institute of Technology from 1976 to 1979. He has been a professor at the Stanford University School of Medicine since 1988 and was chair of the Department of Neuroscience in the School of Medicine from 2001 to 2005.
"Қорған құйрығы" дыбыстық картасы
1978 жылы Кнудсен мен Кониши құсқұйрықтың миында аудио картасын табуды ұсынды. Бұл жаңалық жаңашылдықты туды, өйткені ол мидағы алғашқы соматотоптық емес кеңістікті көрсетті. Карта құсқұстың миының ортасынан, жақтау және алдыңғы жақтау жақтау жағында (MLD) табылған, бұл құрылым қазір төменгі колликулус деп аталады. Көптеген дыбыс локализация карталарынан айырмашылығы, бұл картаның екі өлшемді екендігі анықталды, бірліктер дыбыстың тік және көлденең орналасуын бейнелеу үшін кеңістікте орналастырылған. Кнудсен мен Кониши бұл құрылымдағы бірліктер кеңістіктегі белгілі бір аймақтан шыққан дыбыстарға артықшылықпен жауап беретінін анықтады. 1978 жылғы мақалада картаның екі координаты ретінде биіктік пен азимут (горизонталь жазықтықтағы орналасу) көрсетілген. Кнудсен мен Кониши айналмалы жарты шарлық жолға орнатылған динамикті пайдаланып, соуларға кеңістіктегі әртүрлі орындардан келген дыбыстық стимулдарды ұсынды және нәтижесінде нейрондық белсенділікті жазды. Олар МДЖ-ның бұл бөлігіндегі нейрондар олардың қабылдау өрісінің орналасуына сәйкес ұйымдастырылғанын, азимут кеңістіктік картаның көлденең жазықтығында және биіктік тігінен өзгеріп отыратынын анықтады. Кнудсен осы жаңалықты нақты дыбыс локализациясының механизмдерін зерттеумен жалғастырды. Қоймалық соудың дыбысты анықтау үшін пайдаланатын екі негізгі есту сигналы - ауралық уақыт айырмашылығы (ITD) және ауралық интенсивтілік айырмашылығы (IID). Құлақтары асимметриялық, оң құлақтың ашылуы сол құлаққа қарағанда жоғары. Бұл асимметрия құлақтарының дыбыс деңгейін салыстыра отырып, дыбыстың биіктігін анықтауға мүмкіндік береді. Интерауральдық уақыт айырмашылығы соуылға дыбыстың азимутына қатысты ақпаратты береді; дыбыс алыстағы құлаққа жетуден бұрын дыбыс көзіне жақын құлаққа жетеді, ал бұл уақыт айырмашылығын анықтап, азимуттық бағыт ретінде түсіндіруге болады. Төмен жиіліктерде дыбыстың толқын ұзындығы соудың бетіндегі шудан кеңірек болады, ал шу азимутты анықтауды әсер етпейді. Жоғары жиіліктерде руф тік биіктікке жоғары сезімталдық үшін дыбысты қайталауда рөл атқарады. Сондықтан кең жолақты шудың жоғары және төмен жиіліктері бар, соуль азимут пен биіктік туралы ақпаратты алу үшін ауызша спектрдің айырмашылығын пайдалана алады. 1979 жылы Кнудсен мен Кониши қоралық бүркіттің дыбысты локализациялау кезінде ауызша спектрлік ақпаратты пайдаланатынын көрсетті. Олар кең жолақты дыбыс пен таза дыбыс реңктерін ұсынды. Құстар таза тонды табысты таба алды (себебі олар әлі де IID және ITD-ден ақпарат ала алады), бірақ кең жолақты шуды жергілікті жерде анықтағанда олардың қателігі әлдеқайда төмен болды. Бұл құстар дыбыс спектрінің айырмашылығын дәлдіктерін арттыру үшін пайдаланатынын көрсетеді. Джон Олсен және Стивен Эстерлимен бірге Кнудсен ғарыш картасындағы IID және ITD-ге жауап беру үлгісін зерттеді. Олар соуларға дыбыстық тітіркендіргіштерді ұсынды, ал жазбалар оптикалық тектомадан жасалды. Олар оптикалық тектоманың биіктігі мен азимуты бойынша ұйымдастыруға қатысты алдыңғы нәтижелерге сәйкес, ITD негізінен көлденең осьте, ал IID тік осьте өзгергенін тапты. Алайда, биіктік пен азимут бойынша карта ITD/IID картасымен мүлдем сәйкес келмейді. Азимут пен ИТД- нің қатаң сызықтық байланысы жоқ. Сонымен қатар, IID дыбыс көзінің биіктігін ғана емес, аздап аз мөлшерде азимутты да анықтайды. Ақырында, IID және ITD - бұл құсқұйрық дыбыс орнын анықтау үшін қолданатын жалғыз екі белгі емес, бұл Кнудсеннің дыбыс локализациясының дәлдігіне байланысты жолақтың кеңдігі әсерін зерттеуінде көрсетілген. Көптеген түрдегі белгілер арқылы оптикалық тектондағы биіктік пен азимут картасын жасауға болады.
In 1978, Knudsen and Konishi presented the discovery of an auditory map of space in the midbrain of the barn owl. This discovery was groundbreaking because it unearthed the first non somatotopic space map in the brain. The map was found in the owl’s midbrain, in the lateral and anterior mesencephalicus lateralis dorsalis (MLD), a structure now referred to as the inferior colliculus. Unlike most sound localization maps, this map was found to be two dimensional, with units arranged spatially to represent both the vertical and horizontal location of sound. Knudsen and Konishi discovered that units in this structure respond preferentially to sounds originating in a particular region in space. In the 1978 paper, elevation and azimuth (location in the horizontal plane) were shown to be the two coordinates of the map. Using a speaker set on a rotatable hemispherical track, Knudsen and Konishi presented owls with auditory stimulus from various locations in space and recorded the resulting neuronal activity. They found that neurons in this part of the MLD were organized according to the location of their receptive field, with azimuth varying along the horizontal plane of the space map and elevation varying vertically. Knudsen followed this discovery with research into specific sound localization mechanisms. Two main auditory cues used by the barn owl to localize sound are interaural time difference (ITD) and interaural intensity difference (IID). The owl’s ears are asymmetric, with the right ear’s opening being directed higher than that of the left. This asymmetry allows the barn owl to determine the elevation of a sound by comparing sound levels between its two ears. Interaural time differences provide the owl with information regarding a sound’s azimuth; sound will reach the ear closer to the sound source before reaching the farther ear, and this time difference can be detected and interpreted as an azimuthal direction. At low frequencies, the wavelength of a sound is wider than the owl's facial ruff, and the ruff does not affect detection of azimuth. At high frequencies, the ruff plays a role in reflecting sound for heightened sensitivity to vertical elevation. Therefore, with wide band noise, containing both high and low frequencies, the owl could use interaural spectrum difference to obtain information about both azimuth and elevation. In 1979, Knudsen and Konishi showed that the barn owl uses interaural spectrum information in sound localization. They presented owls with both wide bandwidth noise and pure tones. The birds were able to successfully locate pure tones (since they could still gather information from IID and ITD), but their error rate was much lower when localizing wide bandwidth noise. This indicates that the birds utilize interaural spectrum differences to improve their accuracy. Together with John Olsen and Steven Esterly, Knudsen studied the pattern of response to IID and ITD in the space map. They presented owls with sound stimuli while recordings were made from the optic tectum. Consistent with the previous findings regarding the organization of the optic tectum in terms of elevation and azimuth, they found that ITD varied primarily along the horizontal axis and IID along the vertical axis. However, the map according to elevation and azimuth does not line up perfectly with the ITD/IID map. Azimuth and ITD do not have a strictly linear relationship. In addition, IID is used not only to determine elevation of the sound source, but also, to a lesser degree, azimuth. Finally, IID and ITD are not the only two cues the owl uses to determine sound location, as shown by Knudsen’s research into the effect of bandwidth on sound localization accuracy. Information from multiple types of cues is used to create the map of elevation and azimuth in the optic tectum.
Дыбыс картасының пластикалық қасиеттері
Стэнфордта Кнудсен аудиторлық дыбыс картасының пластикалық қасиеттерін зерттеді, картаның аудиторлық белгілер мәндері мен олар білдіретін кеңістіктегі орындар арасындағы байланыстарды аудиторлық және визуалды тәжірибемен өзгертуге болады. Кнудсен құлақтың бір бөлігін тығып немесе құлақтың қауырсындарын және құлақтың алдындағы жапсырмаларын алып тастап, құлақтың есту сигналдарын өзгертті. Бастапқыда бұл құстардың дыбыс көзі орналасқан жерді дұрыс бағаламауына себеп болды, өйткені кеңістіктегі әр орынға байланысты белгілер өзгертілген болатын. Алайда уақыт өте келе карта қалыпты дыбыстық картаны қалпына келтіруге ауысты, ол қалыпты емес белгілерге қарамастан, визуалды кеңістіктік картамен сәйкестендірілді. Жаңа ассоциациялар пайда болды аномальді сигналдар мен олардың кеңістіктегі орналасулары арасында картаны құстың алған сигналдарын қоршаған ортаның дәл бейнесіне аудару үшін түзету. Бұл бейімделу жас құстарда тез және кеңінен орын алады. Алайда картада ешқашан қалыпты емес тәжірибе толықтай көрсетілмейді, тіпті сигналдар өте ерте өзгерген кезде де құс ешқашан қалыпты сигналдарды сезінбейді. Бұл картаның белгілі бір туа біткен "бағдарламалануы" бар екенін көрсетеді, ол әдеттегі сезімдік тәжірибені көрсетеді. 1994 жылы Кнудсен есту дыбыс картасы ересек құстың ұзақ пластикалық емес деген идеяны жоққа шығарды; пластикалық кезеңнің сыни кезеңі бар сияқты. Бұрынғы жұмыстар дыбыс картасының өзгеруі тәжірибеде даму кезеңінде шектелгенін көрсетті, ал пластикалық терезенің өтуімен кейінгі өзгерістер болмайды. Стивен Эстерли мен Джон Олсенмен бірге жасаған жұмысында ол ересектердегі жануарлардың жасөспірімдерге қарағанда аздап пластикалық қасиеттерін сақтайтынын көрсетті. Егер құс өмірінің ерте кезеңінде, сезімтал кезеңінде қалыпты емес тітіркендіргіштерге ұшыраса, ересектердің есту картасы тез өзгеріске ұшырайды. Бұл құсқұйрықтың миы ертедегі аномальды тәжірибе кезінде функционалдық байланыстарды қалыптастыратынын көрсетеді, олар аномальды тітіркендіргіштердің қайта оралуы кезінде қайтадан іске қосылуы мүмкін.
At Stanford, Knudsen studied the plasticity of the auditory sound map, discovering that associations between the auditory cue values of the map and the locations in space that they represent can be altered by both auditory and visual experience. Knudsen altered owls’ auditory cues by plugging one ear or removing the ruff feathers and preaural flaps. Initially this caused the birds to inaccurately judge sound source location, since the cues normally associated with each location in space had been changed. However, over time, the map shifted to restore a normal auditory sound map, aligned with the visual space map, despite the abnormal cues. New associations were formed between the abnormal cue values and the spatial locations they now represented, adjusting the map to translate the cues the bird was receiving into an accurate representation of its environment. This adjustment happens most rapidly and extensively in young birds. However, the map never perfectly reflects abnormal experience, even when cues are altered so early that the bird never experiences normal cues. This indicates that there is some innate “programming” of the map to reflect typical sensory experience. In 1994, Knudsen disproved the idea that the auditory sound map is not long plastic in the adult bird; the plasticity appears to have a critical period. Earlier work had indicated that alteration of the sound map by experience was restricted to a period during development, and once this window of plasticity had passed, subsequent changes would not occur. In work done with Steven Esterly and John Olsen, he showed that adult animals retain plasticity, although to a lesser degree than younger animals. The adult auditory sound map is more readily altered if the bird was exposed to abnormal stimuli earlier in life, during a sensitive period. This shows that the owl’s brain forms functional connections during early abnormal experience which can be reactivated upon the return of abnormal stimuli.
Дауыстық картаның көрінісі дамуға басшылық етеді
Кнудсеннің жұмысы аудиторлық дыбыс картасын өзгертетін басым сезімнің көру екенін көрсетті. Бинокулярлы ығыстыратын призмалар соулардың көрнекі әлемін ауыстыру үшін пайдаланылды, бұл дыбыс картасында сәйкес ауысуға әкелді. Тіпті басқа сезімталдық ақпараты құрғаққа оның көру қабілеті бұрмалаушы екенін көрсеткен кезде де, бұл сезім басқа сезімдерге қарағанда туа біткен басымдықты жүзеге асырады. Бұл жағдайда, бұл тұрақты түрде дұрыс емес ақпаратқа сүйену ерекше байқалады: "Тұрмыс басталғаннан бері қоршаған ортамен қарым-қатынас жасау, сұңқарларға олардың стимул көзінің орналасуын көру қабілеті дұрыс емес екенін дәлелдесе де, олар дыбыс локализациясын калибрлеу үшін көруді пайдаланады, бұл жағдайда дыбыс локализациясындағы үлкен қатеге әкеледі". Бұл үстемдіктің шектеулері бар, бірақ 1985 жылы Эрик Кнудсен мен Филис Кнудсен зерттеу жүргізді, онда көру аудио қателігінің көлемін өзгерте алады, бірақ белгісін өзгерте алмайды. Монауралдық тұйықтау мен визуалды орын ауыстыру сезімдік белгілер мен сәйкес кеңістіктегі орындар арасындағы байланыстарды өзгерте отырып, жұмыс механизмдерінде елеулі айырмашылықтар бар: [монауралдық тұйықтау жағдайлары] бойынша міндет - көруді пайдалану [ ] орынды орындарға белгілер мәндерінің қалыпсыз комбинацияларын тағайындау. Керісінше, призмалар визуалды кеңістіктің салыстырмалы түрде ығысуына әкеледі, ал есту сигналдары негізінен өзгермейді. Бұл жағдайда тапсырма - кеңістіктегі қалыпты емес орындарға қалыпты диапазондар мен сигнал мәндерінің комбинацияларын тағайындау.
Knudsen's work has shown that vision is the dominant sense in changing the auditory sound map. Binocular displacing prisms were used to shift owls’ visual world, which resulted in a corresponding shift in the sound map. The disparity between the owls’ visual and auditory experience was reconciled by reinterpretation of auditory cues to match visual experience, even though the visual information was incorrect and the auditory was not. Even when other sensory information indicates to the owl that its visual input is misleading, this input exerts an apparently innate dominance over the other senses. In owls raised with displacing prisms, this persistent reliance on inaccurate information is particularly apparent: “Even though interaction with the environment from the beginning of life has proven to owls that their visual perception of stimulus source location is inaccurate, they nevertheless use vision to calibrate sound localization, which in this case leads to a gross error in sound localization”. This dominance does have limitations, however; in 1985, Eric Knudsen and Phyllis Knudsen conducted a study which showed that vision can alter the magnitude but not the sign of an auditory error. While monaural occlusion and visual displacement both alter the associations between sensory cues and corresponding spatial locations, there are significant differences in the mechanisms at work: “The task under [the conditions of monaural occlusion] is to use vision[ ]to assign abnormal combinations of cue values to appropriate locations in space. In contrast, prisms cause a relatively coherent displacement of visual space while leaving auditory cues essentially unchanged. The task under these conditions is to assign normal ranges and combinations of cue values to abnormal locations in space”.