回声定位可能最常与蝙蝠和海豚联系在一起。这些动物发出阵阵声音,并倾听返回的回声,以探测环境中的物体并感知物体的属性(例如,位置、大小、材料)。例如,蝙蝠可以判断物体距离,精度很高,通过发射声音和回声之间的时间延迟,并且能够分辨小至一厘米的距离差异。 这对于它们在飞行中捕捉昆虫是必要的。
令人惊讶的是,人类也可以进行回声定位。 例如,通过发出嘴部咔哒声并倾听返回的回声,他们可以感知周围环境。 当然,人类听不到超声波,这可能会使他们处于劣势。尽管如此,有些人已经将自己训练到了非凡的水平。 丹尼尔·基什是一位盲人,也是一位著名的回声定位专家,他能够骑自行车、在陌生的地形中远足,并在陌生的城市中独自旅行。丹尼尔是盲人世界通道的创始人兼总裁,这是一个美国的非营利慈善机构,除了长手杖等其他行动技巧的培训外,还提供回声定位培训。
自 2011 年以来,人们对人类回声定位的科学兴趣日益浓厚。 例如,技术进步使得在人们进行回声定位时扫描他们的大脑成为可能。 这项研究已经表明, 盲人且具有回声定位专业知识的人使用他们大脑的“视觉”部分来处理来自回声的信息。 研究还发现,任何听力正常的人都可以学习使用回声来确定物体的大小、位置或距离,或用它来避免行走过程中的障碍物。 值得注意的是,盲人和视力正常的人都可以在一两次课程中提高他们解释和使用声音回声的能力。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。 通过购买订阅,您将有助于确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事。
来自荷兰拉德堡德大学的 Marina Ekkel 及其同事最近表明,视力正常的人学会了回声定位大小,并且人们的注意力能力与他们的学习成功有关。 这很重要,因为注意力也与其他形式的学习有关。 正如作者所说,了解注意力能力可能会影响回声定位学习,这在设计培训计划时也可能有用。
在他们的研究中,Ekkel 及其同事训练视力正常的人在蒙眼的情况下进行回声定位。 他们没有要求人们发出嘴部咔哒声,但允许人们使用安装在头上的扬声器。 人们可以按下按钮,使扬声器发出短暂(10 毫秒)的声音。 然后,人们使用来自物体的回声对物体的相对大小做出判断。 参与者分四次来到实验室,每次研究人员都会测量他们完成任务的能力。 研究人员还测量了参与者的听力、空间能力、工作记忆和注意力。
Ekkel 及其同事的发现是,人们从第 1 次到第 4 次会话的回声定位能力提升与他们的注意力测量呈正相关。 也就是说,那些注意力能力得分较高的人,他们在回声定位能力方面也表现出更大的进步。
在 20 世纪 40 年代和 50 年代回声定位研究的早期,人们进行回声定位的能力被称为“面部视觉”或“障碍物感”。 科学家们不确定它是如何工作的,但许多人认为,一些精选的盲人能够神秘地检测到他们靠近墙壁或其他大型障碍物时皮肤上微妙的气压变化。 然而,康奈尔大学进行的一系列早期实验表明,盲人实际上是在倾听声音从周围表面的反弹回声。 随后的研究继续表明,只要能够使用听力,盲人和视力正常的人都可以学会避开障碍物,而无需视觉。
研究还旨在确定哪些因素可以预测某人从回声定位训练中获益的程度。 最初的一些候选因素是听力的各个方面,并且人们理解正常的听力是学习回声定位的必要条件。 然而,一个问题是,能够更好地听到某些声音频率或声音强度或频率变化的能力,是否可以预测人们的学习效果。 从这些研究中,没有明确的预测因子出现。 随后的研究侧重于认知的其他方面,例如,研究发现,视力正常的人的心理意象能力(即在脑海中创造图像)与他们学习使用回声定位感知大小的能力呈正相关。
Ekkel 及其同事的论文延续了这一研究路线,证实了回声定位的可学习性,并表明人们的注意力能力可能是驱动这项技能习得的一个方面。 迄今为止,对参与回声定位学习的认知变量的研究都是针对视力正常的人进行的。 然而,视力丧失与许多行为和神经变化有关。 我们需要研究来确定影响视力正常人学习的变量是否与影响盲人的变量相同。 失明影响着全世界的人们。 更多地了解盲人如何学习回声定位,以及它如何影响他们的福祉,将回答关于大脑如何适应视力丧失的重要问题。 这项研究也可能有助于将回声定位与盲人的其他工具和技术一起建立起来。