學習如何成為人類蝙蝠

人們是如何學習回聲定位的?

回聲定位可能最常與蝙蝠和海豚聯絡在一起。這些動物發出陣陣聲音,並傾聽返回的回聲,以探測環境中的物體並感知物體的屬性(例如,位置、大小、材料)。例如,蝙蝠可以判斷物體距離,精度很高,透過發射聲音和回聲之間的時間延遲,並且能夠分辨小至一釐米的距離差異。 這對於它們在飛行中捕捉昆蟲是必要的。

令人驚訝的是,人類也可以進行回聲定位。 例如,透過發出嘴部咔噠聲並傾聽返回的回聲,他們可以感知周圍環境。 當然,人類聽不到超聲波,這可能會使他們處於劣勢。儘管如此,有些人已經將自己訓練到了非凡的水平。 丹尼爾·基什是一位盲人,也是一位著名的回聲定位專家,他能夠騎腳踏車、在陌生的地形中遠足,並在陌生的城市中獨自旅行。丹尼爾是盲人世界通道的創始人兼總裁,這是一個美國的非營利慈善機構,除了長手杖等其他行動技巧的培訓外,還提供回聲定位培訓。

自 2011 年以來,人們對人類回聲定位的科學興趣日益濃厚。 例如,技術進步使得在人們進行回聲定位時掃描他們的大腦成為可能。 這項研究已經表明 盲人且具有回聲定位專業知識的人使用他們大腦的“視覺”部分來處理來自回聲的資訊。 研究還發現,任何聽力正常的人都可以學習使用回聲確定物體的大小、位置或距離,或用它來避免行走過程中的障礙物。 值得注意的是,盲人和視力正常的人都可以在一兩次課程中提高他們解釋和使用聲音回聲的能力。


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來自荷蘭拉德堡德大學的 Marina Ekkel 及其同事最近表明,視力正常的人學會了回聲定位大小,並且人們的注意力能力與他們的學習成功有關。 這很重要,因為注意力也與其他形式的學習有關。 正如作者所說,瞭解注意力能力可能會影響回聲定位學習,這在設計培訓計劃時也可能有用。

在他們的研究中,Ekkel 及其同事訓練視力正常的人在矇眼的情況下進行回聲定位。 他們沒有要求人們發出嘴部咔噠聲,但允許人們使用安裝在頭上的揚聲器。 人們可以按下按鈕,使揚聲器發出短暫(10 毫秒)的聲音。 然後,人們使用來自物體的回聲對物體的相對大小做出判斷。 參與者分四次來到實驗室,每次研究人員都會測量他們完成任務的能力。 研究人員還測量了參與者的聽力、空間能力、工作記憶和注意力。

Ekkel 及其同事的發現是,人們從第 1 次到第 4 次會話的回聲定位能力提升與他們的注意力測量呈正相關。 也就是說,那些注意力能力得分較高的人,他們在回聲定位能力方面也表現出更大的進步。

在 20 世紀 40 年代和 50 年代回聲定位研究的早期,人們進行回聲定位的能力被稱為“面部視覺”或“障礙物感”。 科學家們不確定它是如何工作的,但許多人認為,一些精選的盲人能夠神秘地檢測到他們靠近牆壁或其他大型障礙物時皮膚上微妙的氣壓變化。 然而,康奈爾大學進行的一系列早期實驗表明,盲人實際上是在傾聽聲音從周圍表面的反彈回聲。 隨後的研究繼續表明,只要能夠使用聽力,盲人和視力正常的人都可以學會避開障礙物,而無需視覺。

研究還旨在確定哪些因素可以預測某人從回聲定位訓練中獲益的程度。 最初的一些候選因素是聽力的各個方面,並且人們理解正常的聽力是學習回聲定位的必要條件。 然而,一個問題是,能夠更好地聽到某些聲音訊率或聲音強度或頻率變化的能力,是否可以預測人們的學習效果。 這些研究中,沒有明確的預測因子出現。 隨後的研究側重於認知的其他方面,例如,研究發現,視力正常的人的心理意象能力(即在腦海中創造影像)與他們學習使用回聲定位感知大小的能力呈正相關。

Ekkel 及其同事的論文延續了這一研究路線,證實了回聲定位的可學習性,並表明人們的注意力能力可能是驅動這項技能習得的一個方面。 迄今為止,對參與回聲定位學習的認知變數的研究都是針對視力正常的人進行的。 然而,視力喪失與許多行為和神經變化有關。 我們需要研究來確定影響視力正常人學習的變數是否與影響盲人的變數相同。 失明影響著全世界的人們。 更多地瞭解盲人如何學習回聲定位,以及它如何影響他們的福祉,將回答關於大腦如何適應視力喪失的重要問題。 這項研究也可能有助於將回聲定位與盲人的其他工具和技術一起建立起來。   

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