В лабораторията звуците стават загадъчни и красиви. Това, което често се приема за даденост във външния свят, превръща се в звукови вълни и честоти, променя научните идеи.
Тук звуците променят структурата си, разкриват невероятни свойства и се намират на неочаквани места. Звукът също може да има невероятни ефекти върху човешкия мозък. Днес ще ви разкажем за десет интересни научни открития, свързани със звука.
10. Звуците могат да обяснят процеса на анестезия
Традиционно в медицината се смята, че нервните клетки "разговарят" помежду си, използвайки електрически импулси. Те са сигнални канали, по които командата се предава от мозъка към ръката, за да махате с четка или домашен любимец на котката. Това не звучи убедително за физиците. Законите на термодинамиката гласи, че електрическите импулси трябва да генерират топлина, но това не се наблюдава в човешкото тяло. Физиците предложиха друга хипотеза: нервите не предават електричество, а звукови вълни. Не всички учени са съгласни, но това би могло да обясни дългогодишна медицинска мистерия.
Анестетичните лекарства съществуват отдавна, но все още няма категорично убеждение за това как успяват да намалят чувствителността на тялото. Нервните клетки имат мембрани. За да предават аудио съобщения, те трябва да са при температура, съответстваща на нормалната температура на човешкото тяло. Възможно е анестетичните лекарства да променят вътреклетъчната температура, което прави мембраните неспособни да предават звукови вълни, съдържащи сигнали за болка.
Промоционално видео:
9. Зрителната система може да бъде свързана със слуховата
Поредният експеримент с маймуни накара всички да отворят устата си. Маймуните бяха обучени да докосват мястото на светлината всеки път, когато се появи на панела. Когато петното беше светло, маймуните го правеха с лекота, когато петното беше тъпо, маймуните започнаха да изпитват затруднения. Когато обаче появата на слабото място беше придружена от остър звук, маймуните го докоснаха толкова бързо, че имаше само едно обяснение - мозъкът можеше да използва звука, за да вижда по-добре.
Това противоречи на традиционните представи за нервната система. Някога се смяташе, че слуховите и зрителните части на мозъка не са свързани помежду си. Въпреки това, целенасоченото наблюдение на 49 визуални неврони в маймунски мозъци се оказа друго. Когато на тъмното място имаше звуков сигнал, невроните се държаха така, сякаш очите виждаха по-ярка светлина, отколкото всъщност бяха. Времето за реакция беше толкова бързо, че само наличието на пряка връзка между слуховата и зрителната част на мозъка можеше да обясни това.
Тази взаимосвързаност на сетивни системи може да обясни подобряването на зрението при глухите и честото присъствие на остър слух при слепи. Област на мозъка, която преди е била отговорна за изгубеното имущество, е пренасочена към друга област.
8. Нов метод за анализ на кръвта
Кръвните изследвания са крайъгълен камък за поставянето на правилна диагноза, но те са трудни. Общите техники за изследване на кръвта могат да отнемат много време, пробите могат да бъдат повредени и съществува риск от инфекция. Лабораториите са трудни за транспортиране.
Наскоро се появи нов метод, който обръща всичко това. Кръвта вече може да се тества със звукови вълни и се получава бърз и точен резултат. Когато учените искат информация за състоянието на пациента, те ловуват за екзозоми. Тези малки пратеници, секретирани от клетки, могат да разкажат много за здравето на тялото и неговите разстройства.
Новата техника се основава на разделянето на клетки, тромбоцити и екзозоми, използвайки звукови вибрации на различни честоти. Кръвта е изложена на акустични вибрации за много кратко време, което предотвратява увреждането на пробата.
Използването на звук за анализ на кръвта предлага големи възможности. Бързата диагностика, тестовете на трудно достъпни по-рано органи, отказ в много случаи от предварително необходима биопсия са само някои от предимствата. Една от най-ценните възможности е, че анализите могат да се извършват с помощта на преносим комплект, който може да се използва във всяка обстановка, от линейки до изолирани села.
7. Отговор на левитацията
Любителите на аеронавтиката се опитват да преодолеят гравитацията по всякакъв възможен начин - от магнити до лазери. Оказва се, че отговорът е звукови вълни. През 2014 г. от Университета на Шотландия откриха, че вероятно те могат да бъдат използвани за повдигане на предмети.
Звуковите вълни създават натиск върху околната среда, в нашия случай - върху въздуха. Това налягане може да се използва за създаване на левитация. Учените обаче не успяха да създадат работещо устройство.
Проблемът се оказа традиционен. За да се преодолее гравитацията, вълните трябва да се излъчват в определен ред. За да поддържате обект в хоризонтално неподвижно положение или да го накарате да се движи в желаната посока, е необходимо натискът върху всички точки да е еднакъв. Това изисква изключително сложни математически изчисления.
Наскоро друга група учени използваха специален софтуер и данни от шотландски изследователи, за да създадат магически образец. Те намериха три комбинации и дори успешно създадоха триизмерно звуково поле, използвайки 64 малки високоговорителя.
Полето, наречено „акустична холограма“, успешно държи топките от полистирол във въздуха. Използвайки три различни комбинации от звук, изследователите успяха да накарат топките да се слепят, да стоят неподвижно или да останат в клетка от звукови вибрации.
6. Звукът може да загаси огъня
Отначало учители от университета Джордж Мейсън във Вирджиния отказаха да повярват в успеха на двамата си студенти. Двама бъдещи инженери решиха да гасят пламъка със звукови вълни. Предишни изследвания по този въпрос предизвикаха интереса и желанието им да излязат с първия звукоизолатор.
Тъй като бяха инженери по електроника и програмисти, а не химици, в началото те получиха предимно подигравки вместо подкрепа. 23-годишната Сет Робъртсън и 28-годишният Виет Трън все пак продължиха тестовете си, под ръководството на един професор и понякога със собствени пари.
Те бързо изоставиха музиката, тъй като вълните бяха твърде хаотични, за да гасят огъня. Основната идея на този метод е да блокира достъпа до огъня, за да го захрани с кислород. Това беше направено, когато към огъня бяха приложени нискочестотни вибрации в диапазона от 30 до 60 херца.
Звуковите вибрации създават разредена зона с малко кислород. Липсата на кислород кара пламъка да изгасне. За да създадете преносим пожарогасител, е необходимо много работа, трябва да тествате пожарогасителя на различни видове гориво и форми на запалване. Но отворът отваря вратата за по-добри средства за гасене, които не оставят след себе си токсини като конвенционалните пожарогасители.
5. Звукът променя вкуса
Нискочестотните звуци не само гасят пожари. Те също така придават на храната горчив вкус. В другия край на скалата техните високочестотни колеги добавят малко сладост.
Причината за това не е напълно ясна, но многобройни експерименти в лаборатории и ресторанти потвърдиха, че звуците влияят на вкуса. Изследователите нарекоха това „вкусова модулация“. Изглежда звуците добавят горчивина или сладост към почти всичко - от тортата до кафето.
Този необичаен ефект не се отразява на вкусовите рецептори като такива. Изглежда звуците влияят на това как мозъкът възприема вкусовата информация. Високите или ниските нотки на честотата го карат да обръща повече внимание на сладкия или горчив вкус на храната.
Шумът също може да повлияе негативно на апетита. Проучване от 2011 г. показа, че фоновият шум може да играе голяма роля. Ако е твърде силно, хората чувстват по-малко сол и сладост и не се наслаждават на храната си. Това обяснява защо шумните ресторанти могат да имат лоша храна и защо авиокомпаниите имат лоша репутация в тази област.
4. Симфонии на данни
Марк Балора израства в музикално семейство. По-късно, по време на докторантурата си, той се интересува от превръщането на информацията в музика. Той се зае с озвучаване - превод на сухи данни в звукови вълни.
През следващите две десетилетия Балора създава песни, съдържащи данни от няколко проучвания, включително енергията на неутронна звезда, циклите на телесната температура на арктическите катерици, слънчевата радиация и тропическите бури.
При създаването на следващата симфония Балора първо се запознава с информацията и обекта на изследване. Тогава той избира звуци, които съответстват на числата и характера на изследването.
Вихрените звуци съответстват на тропическа буря. Слънчевият вятър, настроен на музика, създаде мелодия от „промени и трептения“. Въпреки че това не е станало широко разпространено в научния свят, сонификацията получи известно признание в астрономията.
В Южноафриканската астрономическа обсерватория в Кейптаун слепата астрофизика Уанда Мерсид слуша получените данни. Тя откри, че звездни експлозии произвеждат електромагнитни вълни, когато частиците обменят енергия в резултат. Зрителните й колеги го пропуснаха, защото гледаха само графиките.
3. Ефект на коктейл парти
Когато изследователите решили да изследват феномен, наречен "ефект на коктейл парти", те се обърнали към пациенти с епилепсия, тъй като те вече имали необходимите обекти за наблюдение - електроди около мозъка им.
Електродите са проектирани да записват мозъчната активност по време на гърчове, но седем пациенти се съгласяват да участват в изследването на коктейла. Той се състои във факта, че в много шумна среда човек е в състояние да се концентрира върху строго определен разговор. Учените искаха да разберат как работи мозъкът в условия на активна смущение на шума.
Всеки обект слушаше един и същ запис на фона на шум, неспособен да разбере речта на говорещия. След това изслушаха ясна версия на същото изречение, последвана от друг шумен запис. Невероятно е, че този път всички предмети разбраха оратора. Мозъчната активност показа, че не са я фалшифицирали.
По време на първия тест (с изкривен запис) зоните на мозъка, отговорни за слуха и речта, остават неактивни. Но през останалите прослушвания те работеха. Както се оказва, причината за способността ни да следим разговори на шумно парти се крие в невероятната и светкавична пластичност на мозъка.
Щом мозъкът разпозна думите, той започна да реагира различно на второто изкривено изречение. Той прецизира слуховата и речевата системи, което му позволи да определи източника на реч и да филтрира шума.
2. "Розов шум"
Сред хората с безсъние понятието "бял шум" понякога е синоним на спокойна нощна почивка. Способността на мозъка да игнорира незначителни звуци - като шум на вентилатора - помага на мнозина да заспят. Но няколко независими проучвания показват, че има нещо по-добро за спокоен сън - розов шум. „Белият шум“е звук с еднаква мощност на всички честоти, докато „розов“е смес от звуци, при които силата на сигнала е обратно пропорционална на неговата честота. Светлина, при която са изпълнени едни и същи условия, изглежда розова, което е и името на шума с подобно име.
Приятните звуци на вятъра, шумоленето на листата или звукът на дъжда, който се изсипва върху покрив, могат да намалят мозъчната дейност. В резултат сънят става по-дълбок и спокоен. Китайски изследователи откриха, че "розовият шум" приспива 75% от доброволците. Когато тествали дрямка, открили, че тези, които спят до розов шум, се възстановяват с 45 процента по-добре от останалите.
За възрастните хора това може да бъде добра новина. Стареенето води до фрагментарен сън, който е отговорен за загубата на памет. Група от Американския университет тества хора над 60 години, излагайки някои от тях по време на сън на „розов шум“. На сутринта беше извършен тест за памет. Тези, които никога не са били изложени на розов шум, се представяха три пъти по-лошо.
1. Има хора, които мразят звука
За тези, които обичат розов шум или рок концерти, може да изглежда нереалистично да срещнат някой, който не може да се наслади на сладките звуци. Тези, които се потят и страдат от сърцебиене, когато чуят определени шумове.
Макар че някои може да мислят, че тези хора се преструват, учените във Великобритания откриха, че непоносимостта към звука е истинска медицинска диагноза. Това заболяване се нарича мизофония и се свързва с аномалия на мозъка. Хората с това състояние имат по-малки и по-слаби фронтални лобове от всички останали.
Две групи хора слушаха звуци, докато учените изучаваха мозъчната им дейност. В първата група имаше страдащи от мизофония, във втората - не. Неприятните звуци стимулираха централния лоб на мозъка при всички субекти, независимо от групата. Тази област на мозъка, наред с други неща, е отговорна за емоциите и отговорите на предизвикателство за борба.
Мозъците на мизофониката обаче реагираха по-интензивно и предизвикаха физически симптоми на стрес като сърцебиене и изпотяване. Интересното е, че активността на централния лоб директно зависи от наличието на аномалии във фронталния лоб.
Преведено от Дмитрий Оскин