Luisteren naar oogbewegingen

Elke keer dat onze ogen bewegen, bewegen onze trommelvliezen dat ook. Die verbinding zorgt ervoor dat het gehoorsysteem naar de ogen kan ‘luisteren’, aldus onderzoekers van Duke University. Nu hebben onderzoekers dat signaal benut om beter te begrijpen hoe de hersenen verbinden wat ze zien met wat ze horen. Zij rapporteren hun resultaten aan Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen.

Onze oren kunnen bepalen waar een geluid vandaan komt op basis van het tijdstip waarop het in het linker- en rechteroor aankomt. Maar de afstemming van de auditieve en visuele scène verandert voortdurend. “Elke keer dat we onze ogen bewegen, trekken we aan de camera om in een nieuwe richting te kijken. Maar als je je hoofd niet beweegt, verandert dat tijdsverschil niet”, zegt senior auteur Jennifer Groh, hoogleraar psychologie en neurowetenschappen aan de Duke University.

Om te begrijpen hoe de hersenen de twee systemen coördineren, plaatsten Groh en haar co-auteurs kleine microfoons in de gehoorgang. Vervolgens namen ze kleine geluidjes op in het trommelvlies, terwijl de proefpersoon de opdracht kreeg de visuele signalen met zijn ogen te volgen. Eerder werk van de onderzoeksgroep heeft aangetoond dat deze geluiden bestaan. Nu hebben ze aangetoond dat de geluiden bestaan ​​uit horizontale en verticale componenten die precies overeenkomen met de manier waarop de ogen bewegen.

De onderzoekers konden de correspondentie gebruiken om te voorspellen waar de ogen zouden kijken, na het middelen van het omgevingsgeluid. Hoewel de techniek niet kan worden gebruikt in rumoerige omgevingen, zou een beter begrip van het mechanisme achter deze geluidssignalen kunnen leiden tot vooruitgang in bijvoorbeeld de hoortoesteltechnologie.

Hersenen spioneren

Wanneer de hersenen een signaal naar de ogen sturen om beweging in een bepaalde richting aan te moedigen, sturen ze tegelijkertijd een kopie van dat signaal naar de oren, als een ‘rapportkaart’, zegt Groh. Deze coördinatie vindt plaats in andere contexten om lichaamsbewegingen te volgen, zoals het herkennen van het geluid van de eigen voetstappen. Dit soort verwerking vindt plaats in de hersenen, maar uit Groh’s onderzoek blijkt dat visuele informatie eerder aanwezig is bij geluidsverwerking dan eerder werd gedacht. “We gebruiken deze microfoon om de hersenen te bespioneren”, zegt Groh.

Ze gelooft dat de middenoorspieren en de haarcellen van het binnenoor waarschijnlijk betrokken zijn bij het transporteren van dat signaal naar een eerder punt in de gehoorgang. De structuren beïnvloeden verschillende delen van het gehoor, dus zodra wetenschappers meer weten over de signaalmechanismen, vermoedt Groh dat er nauwkeurigere gehoortests kunnen worden ontwikkeld.

De proefpersonen droegen microfoons in hun oren tijdens het uitvoeren van oogbewegingstakenDuke universiteit

Een andere belangrijke toepassing van dit onderzoek zou de hoortoesteltechnologie kunnen zijn.

Ontwikkelaars van hoortoestellen hebben moeite gehad om de technologie te perfectioneren om te lokaliseren waar een geluid vandaan komt, en de apparaten zijn ontworpen om alle geluiden gelijkmatig te versterken. Dit kan frustrerend zijn voor gebruikers, vooral in luidruchtige omgevingen. De huidige hoortoestellen versterken bijvoorbeeld het geluid van een airconditioner evenveel als de stem van een persoon. Visuele aanwijzingen kunnen hoortoestellen helpen dit probleem op te lossen.

“Als u uw hoortoestel zou kunnen vertellen naar wie u keek, zou u het algoritme van het hoortoestel kunnen veranderen om op die persoon te letten”, legt Sunil Puria uit, een wetenschapper bij Mass Eye and Ear en universitair hoofddocent aan de Harvard Medical School. Puria zegt dat er een “fenomenaal” potentieel is om het onderzoek uiteindelijk op dit soort technologie toe te passen – hoewel Groh en andere onderzoekers eerst moeten uitzoeken welke mechanismen erbij betrokken zijn.

Voordat de resultaten kunnen worden toegepast op ‘slimme’ hoortoestellen, is het ook belangrijk om te bepalen of het signaal het gehoorgedrag beïnvloedt, zegt Christoph Kayser, hoogleraar neurowetenschappen aan de Universiteit van Bielefeld in Duitsland. Kayser vond geen gehoorbeschadiging in zijn onderzoek naar oogbewegingsgerelateerde oscillaties, maar merkt op dat dit effecten op complexere luistertaken, zoals geluidslokalisatie, niet uitsluit.

Hoewel er meer wetenschap moet worden bewezen voor gebruik in deze toepassingen, zegt Groh dat er onmiddellijk een les uit kan worden getrokken. “Dit laat zien hoe belangrijk het is om te kunnen verbinden wat je ziet en wat je hoort.”