Làm thế nào người khiếm thị có thể định vị được tiếng vang như loài dơi

According to an article published in the May 25, 2011 issue of the scientific journal PLos ONE, researchers at The University of Western Ontario’s Centre for Brain and Mind have discovered that blind people can use echolocation to determine important information about surrounding objects – their size, shape and movement – with great accuracy. The question is: how do they use their ears to 'see' and navigate their environment. To better understand human echolocation, let us first understand echolocation in animals. The best example of echolocation is found in bats.

Theo một báo cáo được công bố trên số ra ngày 25 tháng 5 năm 2011 của tạp chí khoa học PLoS ONE, các nhà nghiên cứu tại Đại học Trung tâm Western Ontario về tâm trí và não, đã phát hiện ra rằng người khiếm thị có thể sử dụng định vị bằng tiếng vang để xác định thông tin quan trọng về các vật thể xung quanh - kích thước, hình dạng và chuyển động của họ - với độ chính xác tuyệt vời. Câu hỏi là: làm thế nào để họ sử dụng đôi tai của mình để "nhìn thấy" và định vị môi trường của họ. Để hiểu rõ hơn định vị bằng tiếng vang của con người, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu định vị bằng tiếng vang ở động vật. Ví dụ tốt nhất của định vị bằng tiếng vang là ở loài dơi.

Echolocation in Bats

Định vị bằng tiếng vang ở loài dơi

Bats are very good at echolocation. They have an amazing ability to hear – and 'see' – through the use of sonar. While navigating in the dark or hunting prey, a bat emits a series of short, high-pitched sound waves from its mouth or nose. These sound waves bounce off any object they come across, producing an echo. This process helps the bat recognize features in the environment – not to mention prey.

Dơi là loài định vị bằng tiếng vang rất giỏi. Chúng có một khả năng tuyệt vời để nghe - và "nhìn thấy" – bằng cách sử dụng hệ thống định vị bằng siêu âm. Khi bay trong bóng tối hoặc săn mồi, dơi phát ra một loạt sóng ngắn có âm thanh the thé từ miệng hay mũi của nó. Các sóng âm thanh dội lại từ bất kỳ đối tượng họ đi qua, tạo ra một tiếng vang. Các sóng âm này dội lại từ bất kỳ vật thể nào nó gặp, tạo ra một tiếng vang. Quá trình này giúp dơi nhận ra các đặc điểm trong môi trường - chưa kể đến con mồi.

The Echolocation Experiment activation to echoes in the brain

Kích hoạt thử nghiệm định vị bằng tiếng vang để bắt chước trong não

A figure showing the activation to echoes in the brain of the echolocation expert and the absence of activation in the brain of a control (sighted) person.

Hình minh họa cho thấy sự kích hoạt để bắt chước trong não của chuyên gia về định vị bằng tiếng vang và sự vắng mặt của sự kích hoạt trong não của một người kiểm soát (người có thị giác bình thường).

'Flash sonar' is a synonym for the word ‘echolocation’ in the human world. Visually impaired persons have been found to be able to sense silent objects in the environment by processing sound in the visual centers of their brains.

'Flash sonar' là từ đồng nghĩa với 'định vị bằng tiếng vang’ trong thế giới con người. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện là người khiếm thị có thể cảm nhận được các vật thể im lặng trong môi trường bằng cách xử lý âm thanh tại các trung tâm hình ảnh của bộ não của họ.

In the experiment mentioned above, the Canadian researchers placed tiny microphones in the ears of blind individuals and recorded the clicks of their tongues and the returning echoes. Those recorded echoes were played back and the individual's' brain activity during that period was studied with functional magnetic resonance imaging (fMRI). fMRI is a specialized MRI scan used to measure the change in blood flow in the brain or spinal cord of humans (and animals) related to neural activity.

Trong thí nghiệm trên, các nhà nghiên cứu Canada đặt các mi-crô nhỏ trong tai của những người mù và ghi lại những tiếng lách cách của lưỡi và tiếng vọng trở lại. Những tiếng vọng đã ghi được bật lên lại và hoạt động của não của mỗi người trong thời gian đó được nghiên cứu bằng chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI). fMRI là một loại chụp cộng hưởng từ chuyên dụng, dùng để đo sự thay đổi trong máu tuần hoàn ở não hoặc cột sống con người (và động vật) liên quan đến hoạt động thần kinh.

The fMRI scanning results were very surprising. Interestingly, the scanner showed activity in that particular part of the brain which is associated with ‘visual information processing’, instead of the part where auditory information is processed. "This suggests that visual brain areas play an important role for echolocation in blind people," says lead author Lore Thaler, a postdoctoral fellow at the University of Western Ontario, Canada.

Các kết quả fMRI rất đáng ngạc nhiên. Điều thú vị là, máy quét cho thấy hoạt động trong một phần đặc biệt của não có liên quan đến "xử lý thông tin thị giác, thay vì phần nơi thông tin thính giác được xử lý. "Điều này cho thấy vùng não thị giác đóng vai trò quan trọng trong việc định vị bằng tiếng vang ở những người mù", tác giả Lore Thaler, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Western Ontario, Canada cho biết.

How Echolocation works in blind people?

Làm thế nào định vị bằng tiếng vang có tác dụng ở người mù?

BOLD activity in the cerebellum

Hoạt động phụ thuộc vào mức độ ô-xi trong máu (blood oxygenation level dependent activity) ở tiểu não

Left panel: Bold activity while participant listened to the recordings and judged the location, Right Panel: Contrast between BOLD activations for recordings containing echoes from objects and recordings that did not contains the echoes

Hình bên trái: Hoạt động phụ thuộc vào mức độ ô-xi trong máu trong khi người tham dự nghiên cứu lắng nghe bản ghi âm và đánh giá địa điểm. Hình bên phải: Sự tương phản giữa kích hoạt phụ thuộc vào mức độ ô-xi trong máu cho bản ghi âm có tiếng vang từ các vật thể và bản ghi âm không có những tiếng vang ấy.

The researchers found that the blind echo locators could sense "the shape, motion and location of the objects based on the recorded echoes." The click gives information about the density of an object, where it is located, and its dimension.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các bộ định vị tiếng vang của người mù có thể cảm nhận được "hình dạng, chuyển động và vị trí của các vật thể dựa trên những tiếng vang được ghi lại." Tiếng lách cách cung cấp thông tin về mật độ của một đối tượng, vị trí và kích thước của nó.

On the other hand, sighted control subjects who do not echolocate could not detect objects based on the echo recordings. Also, their brain scans did not show activity related to the echoes.

Mặt khác, đối tượng kiểm soát là những người bình thường không có định vị tiếng vang thì không thể phát hiện vật thể dựa trên các bản ghi âm tiếng vang. Ngoài ra, quét não của họ không cho thấy hoạt động liên quan đến tiếng vang.

There is much more to investigate in this first-of-its-kind study, and the research is still ongoing. “Even at this point, it is clear that echolocation enables blind people to do things that are otherwise thought to be impossible without vision and in this way it can provide blind and vision-impaired people with a high degree of independence in their daily lives,” said senior author Mel Goodale, Canada Research Chair in Visual Neuroscience.

Còn rất nhiều điều nữa để khám phá trong nghiên cứu đầu tiên dạng này, và nghiên cứu vẫn đang tiếp diễn. "Ngay cả vào thời điểm này, rõ ràng là định vị bằng tiếng vang cho phép người khiếm thị làm được những việc mà không thể làm được khi không nhìn thấy và bằng cách đó nó giúp những người mù và thị giác suy giảm có thể độc lập hơn nhiều trong cuộc sống hàng ngày của họ", Mel Goodale, tác giả chính, giáo sư Khoa học thần kinh ở Canada, cho biết.