W laboratorium dźwięki stają się tajemnicze i piękne. To, co często jest uważane za oczywiste w świecie zewnętrznym, przekształca się w fale dźwiękowe i częstotliwości, zmienia idee naukowe.
Tutaj dźwięki zmieniają swoją strukturę, ujawniają niesamowite właściwości i znajdują się w nieoczekiwanych miejscach. Dźwięk może mieć również niesamowity wpływ na ludzki mózg. Dziś opowiemy o dziesięciu interesujących odkryciach naukowych związanych z dźwiękiem.
10. Dźwięki mogą wyjaśnić proces znieczulenia
Tradycyjnie w medycynie uważa się, że komórki nerwowe „rozmawiają” ze sobą za pomocą impulsów elektrycznych. Są to kanały sygnałowe, przez które przekazywane jest polecenie z mózgu do ręki, aby pomachać szczotką lub pogłaskać kota. Nie brzmi to przekonująco dla fizyków. Prawa termodynamiki mówią, że impulsy elektryczne muszą generować ciepło, ale nie jest to obserwowane w ludzkim ciele. Fizycy postawili inną hipotezę: nerwy nie przekazują elektryczności, ale fale dźwiękowe. Nie wszyscy naukowcy się z tym zgadzają, ale może to wyjaśnić długotrwałą medyczną tajemnicę.
Leki znieczulające istnieją od dawna, ale nadal nie ma mocnego przekonania, w jaki sposób udaje im się zmniejszyć wrażliwość organizmu. Komórki nerwowe mają błony. Aby przekazywać wiadomości audio, muszą mieć temperaturę odpowiadającą normalnej temperaturze ludzkiego ciała. Możliwe, że leki znieczulające zmieniają temperaturę wewnątrzkomórkową, przez co błony nie są w stanie przekazywać fal dźwiękowych zawierających sygnały bólu.
Film promocyjny:
9. System wizualny może być powiązany ze słuchem
Kolejny eksperyment z małpami sprawił, że wszyscy otworzyli usta. Małpy były szkolone, aby dotykały plamki światła za każdym razem, gdy pojawiało się na panelu. Gdy miejsce było jasne, małpy robiły to z łatwością; gdy miejsce było nudne, małpy zaczęły doświadczać trudności. Kiedy jednak pojawieniu się słabego miejsca towarzyszył ostry dźwięk, małpy dotykały go tak szybko, że było tylko jedno wytłumaczenie - mózg mógł wykorzystać dźwięk, aby lepiej widzieć.
Jest to sprzeczne z tradycyjnymi wyobrażeniami o układzie nerwowym. Kiedyś uważano, że słuchowe i wizualne części mózgu nie są ze sobą połączone. Jednak ukierunkowana obserwacja 49 neuronów wzrokowych w mózgach małp dowiodła, że jest inaczej. W obecności sygnału dźwiękowego w przyciemnionym miejscu neurony zachowywały się tak, jakby oczy widziały jaśniejsze światło niż w rzeczywistości. Czas reakcji był tak szybki, że tylko obecność bezpośredniego połączenia między słuchową i wzrokową częścią mózgu mogła to wyjaśnić.
To wzajemne połączenie systemów sensorycznych może wyjaśniać poprawę widzenia u osób niesłyszących i częstą obecność ostrego słuchu u niewidomych. Obszar mózgu, który wcześniej był odpowiedzialny za utraconą własność, zostaje przekierowany na inny obszar.
8. Nowa metoda analizy krwi
Badania krwi są podstawą postawienia prawidłowej diagnozy, ale są trudne. Typowe techniki badania krwi mogą zająć dużo czasu, próbki mogą zostać uszkodzone i istnieje ryzyko infekcji. Transport laboratoriów jest trudny.
Niedawno pojawiła się nowa metoda, która odwraca to wszystko. Krew można teraz badać za pomocą fal dźwiękowych i uzyskuje się szybki i dokładny wynik. Kiedy naukowcy chcą informacji o stanie pacjenta, szukają egzosomów. Te maleńkie przekaźniki wydzielane przez komórki mogą wiele powiedzieć o zdrowiu organizmu i jego zaburzeniach.
Nowa technika opiera się na separacji komórek, płytek krwi i egzosomów przy użyciu wibracji dźwięku o różnych częstotliwościach. Krew przez bardzo krótki czas narażona jest na drgania akustyczne, co zapobiega uszkodzeniu próbki.
Wykorzystanie dźwięku do analizy krwi daje ogromne możliwości. Szybka diagnoza, testy trudno dostępnych narządów, w wielu przypadkach odmowa wykonania wymaganej wcześniej biopsji to tylko niektóre z zalet. Jedną z najcenniejszych cech jest to, że testy można przeprowadzać za pomocą przenośnego zestawu, którego można używać we wszystkim, od karetek pogotowia po odizolowane wioski.
7. Odpowiedź na lewitację
Entuzjaści aeronautyki próbowali przezwyciężyć grawitację w każdy możliwy sposób, od magnesów po lasery. Okazuje się, że odpowiedzią są fale dźwiękowe. W 2014 roku University of Scotland odkrył, że prawdopodobnie można ich użyć do podnoszenia przedmiotów.
Fale dźwiękowe wywierają presję na otoczenie, w naszym przypadku na powietrze. Nacisk ten można wykorzystać do stworzenia lewitacji. Jednak naukowcom nie udało się stworzyć działającego urządzenia.
Problem okazał się tradycyjny. Aby przezwyciężyć grawitację, fale muszą być emitowane w określonej kolejności. Aby utrzymać obiekt w poziomej, stacjonarnej pozycji lub wprawić go w ruch w pożądanym kierunku, konieczne jest, aby nacisk na wszystkie punkty był taki sam. Wymaga to niezwykle złożonych obliczeń matematycznych.
Niedawno inna grupa naukowców wykorzystała specjalne oprogramowanie i dane od szkockich naukowców do stworzenia magicznego okazu. Znaleźli trzy kombinacje, a nawet z powodzeniem stworzyli trójwymiarowe pole dźwiękowe za pomocą 64 małych głośników.
Pole, zwane „hologramem akustycznym”, skutecznie utrzymuje w powietrzu kulki styropianu. Korzystając z trzech różnych kombinacji dźwięków, naukowcy byli w stanie sprawić, że kulki sklejają się ze sobą, stoją w miejscu lub pozostają w klatce wibracji dźwiękowych.
6. Dźwięk może ugasić pożar
Początkowo nauczyciele z George Mason University w Wirginii nie wierzyli w sukces swoich dwóch studentów. Dwóch przyszłych inżynierów zdecydowało się ugasić płomień falami dźwiękowymi. Wcześniejsze badania na ten temat wzbudziły ich zainteresowanie i chęć wynalezienia pierwszej gaśnicy.
Ponieważ byli inżynierami elektronikami i programistami, a nie chemikami, początkowo zamiast wsparcia otrzymywali głównie wyśmiewanie. Ale 23-letni Seth Robertson i 28-letni Viet Tran nadal kontynuowali testy pod okiem jednego profesora, a czasem za własne pieniądze.
Szybko porzucili muzykę, ponieważ fale były zbyt chaotyczne, aby ugasić pożar. Główną ideą tej metody jest blokowanie dostępu do ognia w celu zasilania go tlenem. Dokonano tego, gdy do ognia przyłożono drgania o niskiej częstotliwości w zakresie od 30 do 60 Hz.
Wibracje dźwiękowe tworzą rozrzedzony obszar z małą ilością tlenu. Brak tlenu sprawia, że płomień gaśnie. Aby stworzyć przenośną gaśnicę, potrzeba dużo pracy, musisz przetestować gaśnicę na różnych rodzajach paliwa i formach zapłonu. Ale otwarcie otwiera drzwi do lepszych środków gaśniczych, które nie pozostawiają toksyn, takich jak konwencjonalne gaśnice.
5. Dźwięk zmienia smak
Dźwięki o niskiej częstotliwości nie tylko gasią pożary. Nadają również żywności gorzki smak. Na drugim końcu skali ich odpowiedniki o wysokich częstotliwościach dodają odrobinę słodyczy.
Przyczyna tego nie jest do końca jasna, ale liczne eksperymenty w laboratoriach i restauracjach potwierdziły, że dźwięki wpływają na smak. Naukowcy nazwali to „modulacją smaku”. Wydaje się, że dźwięki dodają goryczy lub słodyczy prawie wszystkim, od ciasta po kawę.
Ten niezwykły efekt nie wpływa na kubki smakowe jako takie. Wydaje się, że dźwięki wpływają na to, jak mózg odbiera informacje o smaku. Wysokie lub niskie tony częstotliwości sprawiają, że zwraca większą uwagę na słodki lub gorzki smak potraw.
Hałas może również negatywnie wpływać na apetyt. Badanie z 2011 roku wykazało, że hałas w tle może odgrywać dużą rolę. Jeśli jest zbyt głośno, ludzie odczuwają mniej soli i słodyczy i nie lubią ich jedzenia. To wyjaśnia, dlaczego hałaśliwe restauracje mogą mieć złe jedzenie i dlaczego linie lotnicze mają złą reputację w tej okolicy.
4. Symfonie danych
Mark Ballora dorastał w muzycznej rodzinie. Później, już w trakcie studiów doktoranckich, zainteresował się przekształcaniem informacji w muzykę. Podjął się sonifikacji - tłumaczenia suchych danych na fale dźwiękowe.
W ciągu następnych dwudziestu lat Ballora stworzyła piosenki, które zawierały dane z kilku badań, w tym energię gwiazdy neutronowej, cykle temperatury ciała wiewiórek arktycznych, promieniowanie słoneczne i burze tropikalne.
Tworząc kolejną symfonię, Ballora najpierw zapoznaje się z informacjami i przedmiotem badań. Następnie dobiera dźwięki, które pasują do liczb i charakteru badania.
Wirujące dźwięki odpowiadają burzy tropikalnej. Nastrojony do muzyki wiatr słoneczny stworzył melodię „zmian i migotania”. Chociaż nie rozpowszechniło się to w świecie nauki, sonifikacja zyskała pewne uznanie w astronomii.
Otrzymanych danych słucha niewidoma astrofizyk Wanda Merced w Południowoafrykańskim Obserwatorium Astronomicznym w Kapsztadzie. Odkryła, że gwiezdne eksplozje wytwarzają fale elektromagnetyczne, gdy w rezultacie cząstki wymieniają energię. Jej widzący koledzy przegapili to, ponieważ patrzyli tylko na wykresy.
3. Efekt koktajlu
Kiedy naukowcy zdecydowali się zbadać zjawisko zwane „efektem koktajlu”, zwrócili się do pacjentów z epilepsją, ponieważ mieli już potrzebne przedmioty do obserwacji - elektrody wokół mózgu.
Elektrody zaprojektowano tak, aby rejestrowały aktywność mózgu podczas napadów, ale siedmiu pacjentów zgodziło się wziąć udział w badaniu koktajlowym. Polega na tym, że w bardzo hałaśliwym otoczeniu osoba jest w stanie skoncentrować się na ściśle określonej rozmowie. Naukowcy chcieli zrozumieć, jak mózg działa w warunkach aktywnych zakłóceń hałasu.
Każdy badany słuchał tego samego nagrania pośród odgłosów, nie mogąc zrozumieć mowy mówiącego. Następnie wysłuchali wyraźnej wersji tego samego zdania, po czym nastąpiło kolejne głośne nagranie. Niesamowite, że tym razem wszyscy badani zrozumieli mówcę. Aktywność mózgu pokazała, że nie udawali.
Podczas pierwszego testu (ze zniekształconym zapisem) obszary mózgu odpowiedzialne za słuch i mowę pozostawały nieaktywne. Ale przez resztę przesłuchań działali. Jak się okazuje, powodem naszej zdolności do śledzenia rozmów na hałaśliwej imprezie jest niesamowita i błyskawiczna plastyczność mózgu.
Gdy tylko mózg rozpoznał słowa, zaczął inaczej reagować na drugie zniekształcone zdanie. Dostroił system słuchowy i mowy, co pozwoliło mu określić źródło mowy i odfiltrować hałas.
2. „Różowy szum”
W przypadku osób cierpiących na bezsenność termin „biały szum” jest czasem synonimem spokojnego nocnego wypoczynku. Zdolność mózgu do ignorowania drobnych dźwięków - takich jak hałas wentylatora - pomaga wielu osobom zasnąć. Jednak kilka niezależnych badań wykazało, że jest coś lepszego na spokojny sen - różowy szum. „Szum biały” to dźwięk o jednakowej mocy na wszystkich częstotliwościach, natomiast „różowy” to mieszanina dźwięków, w których siła sygnału jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Światło, w którym spełnione są te same warunki, wydaje się różowe, co nadało temu szumowi podobną nazwę.
Przyjemne odgłosy wiatru, szelest liści lub dźwięk deszczu uderzającego o dach mogą osłabić aktywność mózgu. W rezultacie sen staje się głębszy i bardziej spokojny. Chińscy naukowcy odkryli, że „różowy szum” usypia 75% ochotników. Kiedy testowali drzemki, odkryli, że ci, którzy spali przy różowym szumie, wracali do zdrowia o 45 procent lepiej niż inni.
Dla seniorów może to być dobra wiadomość. Starzenie się prowadzi do fragmentarycznego snu, który jest odpowiedzialny za utratę pamięci. Grupa z Uniwersytetu Amerykańskiego przebadała osoby powyżej 60 roku życia, narażając część z nich podczas snu na „różowy szum”. Rano wykonano test pamięci. Ci, którzy nigdy nie byli narażeni na różowy szum, wypadli trzy razy gorzej.
1. Są ludzie, którzy nienawidzą dźwięku
Dla tych, którzy kochają różowy szum lub koncerty rockowe, spotkanie kogoś, kto nie może cieszyć się słodkimi dźwiękami, może wydawać się nierealne. Ci, którzy pocą się i cierpią na kołatanie serca, gdy słyszą określone dźwięki.
Chociaż niektórzy mogą pomyśleć, że ci ludzie udają, naukowcy z Wielkiej Brytanii odkryli, że nietolerancja dźwięku jest prawdziwą diagnozą medyczną. Ta choroba nazywa się mizofonią i jest związana z nieprawidłowościami w mózgu. Osoby z tym stanem mają mniejsze i słabsze płaty czołowe niż wszyscy inni.
Dwie grupy ludzi słuchały dźwięków, podczas gdy naukowcy badali aktywność ich mózgu. W pierwszej grupie byli chorzy na mizofonię, w drugiej - nie. Nieprzyjemne dźwięki pobudzały centralny płat mózgu u wszystkich badanych, niezależnie od grupy. Ten obszar mózgu odpowiada między innymi za emocje i reakcje na wyzwanie do walki.
Jednak mózgi mizofoników zareagowały intensywniej i wytworzyły fizyczne objawy stresu, takie jak kołatanie serca i pocenie się. Co ciekawe, aktywność płata centralnego bezpośrednio zależy od obecności anomalii w płacie czołowym.
Przetłumaczone przez Dmitrija Oskina