Bộ não lọc âm thanh như thế nào?

Dơi là loài nổi tiếng với kỹ năng định vị bằng tiếng vang, định vị bằng âm thanh: chúng "nhìn thấy" bằng thính giác cực kỳ nhạy bén, bằng cách phát ra tiếng gọi siêu âm và hình thành bức tranh về môi trường xung quanh chúng dựa trên cơ sở âm thanh phản xạ. Chẳng hạn như dơi đuôi ngắn Seba (Carollia persicillata) tìm thấy trái cây mà nó thích ăn bằng cách sử dụng hệ thống định vị bằng tiếng vang này. Đồng thời chúng cũng sử dụng giọng nói của mình để giao tiếp với những con dơi khác, nhưng sử dụng dải tần số thấp hơn một chút. Đặc biệt, dơi đuôi ngắn Seba có một âm vực đặc biệt chỉ có ở các loài chim biết hót và loài người. Cũng giống như con người, nó tạo ra âm thanh thông qua thanh quản.

Để tìm hiểu cách con dơi đuôi ngắn Seba lọc ra những tín hiệu đặc biệt quan trọng từ sự đa dạng của nhiều loại âm thanh khác nhau như tiếng kêu cảnh báo từ những con dơi khác, tiếng kêu cách ly của dơi con, cũng như tiếng phản xạ từ trong mê cung của lá và cành cây tiêu, các nhà nghiên cứu tại Đại học Goethe Frankfurt đã ghi lại các sóng não của chúng.

Nhằm đạt được mục tiêu này, Giáo sư Manfred Kössl từ Viện Sinh học Tế bào và Khoa học Thần kinh đã đưa các điện cực nhỏ như kim châm cứu vào dưới da đầu của dơi trong khi chúng bị gây mê. Tuy nhiên, phương pháp đo này nhạy đến nỗi ngay cả những chuyển động nhỏ nhất của đầu dơi cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả của phép đo. Dù được gây mê nhưng não bộ của dơi vẫn phản ứng với âm thanh.

Sau đó, các nốt có cao độ khác nhau, tương ứng với các cuộc gọi định vị bằng tiếng vang hoặc cuộc gọi liên lạc, được phát lại cho các con dơi. Ban đầu, một chuỗi được phát lại, trong đó nốt 1 xảy ra thường xuyên hơn nhiều so với nốt 2, ví dụ "1-1-1-1-2-1-1-1-2-1-1-1-1-1-1-1 ... ”. Điều này đã được đảo ngược trong trình tự tiếp theo, nốt 1 hiếm khi xảy ra và nốt 2 thì xảy ra thường xuyên. Theo cách này, các nhà khoa học muốn xác định xem liệu quá trình xử lý tế bào thần kinh của một âm thanh nhất định có phụ thuộc vào xác suất xảy ra của chúng hay không, chẳng hạn như âm độ của chúng.

Tiến sĩ Johannes Wetekam, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: Thực sự kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một âm thanh hiếm gặp và bất ngờ dẫn đến phản ứng thần kinh mạnh hơn so với âm thanh thường xuyên. Về mặt này, não của dơi điều chỉnh sức mạnh của phản ứng tế bào thần kinh đối với các cuộc gọi định vị bằng tiếng vọng thường xuyên bằng cách giảm tần số này xuống và khuếch đại phản ứng đối với các cuộc gọi liên lạc không thường xuyên. Điều này cho thấy dơi xử lý các âm thanh bất ngờ khác nhau phụ thuộc vào tần số của chúng để thu thập các ấn tượng cảm giác đầy đủ.

Theo Wetekam, khía cạnh thú vị ở đây là quá trình xử lý các tín hiệu dường như đã xảy ra trong thân não, mà cho đến nay người ta vẫn cho rằng chỉ nhận các tín hiệu âm thanh và truyền chúng đến các vùng cao hơn của não, nơi các tín hiệu được bù trừ với nhau. Nguyên nhân từ đâu? Điều này có thể tiết kiệm cho toàn bộ não rất nhiều năng lượng và cho phép phản ứng rất nhanh.

Giáo sư Manfred Kössl tin rằng tất cả chúng ta đều quen thuộc với hiệu ứng bữa tiệc: chúng ta lọc ra các cuộc trò chuyện trong môi trường trực tiếp để có thể tập trung hoàn toàn vào người mà chúng ta đang trò chuyện. Những cơ chế này được tìm thấy tương tự ở dơi. Nếu chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cách dơi nghe âm thanh, trong tương lai, điều này có thể giúp chúng ta hiểu những gì xảy ra với các chứng rối loạn như ADHD (Rối loạn tăng động giảm chú ý), làm gián đoạn quá trình xử lý đầy đủ các kích thích ngoại lai.