Onderzoek van Harvard Medical School laat zien dat het auditieve middenbrein, het hersengebied dat ook bekend staat als het inferior colliculus (IC), niet alleen geluid verwerkt, maar ook mechanische trillingen integreert. De studie geeft nieuwe inzichten in hoe geluiden en trillingen in ons brein samenkomen en zo de waarneming ervan kunnen versterken.
Deze nieuwe kennis kan zorgen voor de ontwikkeling van nieuwe soorten hulpmiddelen die ondersteuning geven bij het verstaan. Een voorbeeld daarvan is de Mosaic-armband, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Southampton.
Ons lichaam beschikt over snelgeleidende laagdrempelige receptoren die mechanische trillingen kunnen detecteren. Het somatosensorische systeem verwerkt deze trillingen uiteindelijk. Dat is het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor het verwerken van lichamelijke sensaties zoals aanraking, druk, pijn, temperatuur en proprioceptie (het gevoel van de positie en beweging van het lichaam in de ruimte).
Bij veel dieren en ook mensen is er een gedeeltelijke overlap tussen het frequentiebereik van het auditieve systeem dat geluidstrillingen verwerkt (20-20.000 Hz) en dat van het somatosensorische systeem dat trillingen waarneemt (1 en 1000 Hz).
Het somatosensorische systeem bij dieren kan heel subtiele omgevingsvibraties met een lage amplitude waarnemen. Zo kunnen bijvoorbeeld olifanten over grote afstanden communiceren door grondtrillingen te detecteren die afkomstig zijn van de geluiden en bewegingen van hun soortgenoten.
Dat is mogelijk doordat ze gebruikmaken van zogenoemde mechanoreceptoren in de vetkussens van hun voetzolen en slurf. Ook insecten, reptielen en andere zoogdieren zijn in staat om nauwkeurig trillingen waar te nemen. Dat is belangrijk voor hun veiligheid én om te kunnen overleven. Zo kan een spin trillingen in haar web nauwkeurig registeren om een prooi snel te lokaliseren.
Slangen op hun beurt detecteren de bewegingen van hun prooi door hun kaken op de grond te leggen, waardoor ze subtiele trillingen in de ondergrond kunnen waarnemen. Er zijn ook zoogdieren die onder de grond leven, waar ze geen gebruik kunnen maken van hun visuele systeem. Zij vertrouwen dan sterk op trillingen voor de communicatie, het lokaliseren van hun prooi en het detecteren van vijandige roofdieren.
Het inferior colliculus (IC) dat onderzoekers normaliter besturen vanwege de rol in de verwerking van geluid, blijkt ook signalen te ontvangen van Paciniaanse bloedlichaampjes. Deze lichaampjes – ook wel Pacinian corpusculen genoemd – zijn gespecialiseerde mechanoreceptoren die diep in de huid en andere weefsels liggen.
Ze zijn verantwoordelijk voor het waarnemen van mechanische druk en trillingen. Ze behoren tot de snelreagerende sensoren van het somatosensorische systeem en zijn bijzonder gevoelig voor hoogfrequente vibraties. Deze receptoren spelen een cruciale rol in ons vermogen om fijne trillingen en snelle veranderingen in druk waar te nemen.
Uit het onderzoek van Harvard Medical School dat de wetenschappers online publiceerden op www.cel.com, blijkt dat deze bloedlichaampjes hun informatie niet alleen naar de somatosensorische cortex sturen, maar ook naar het IC. Hierdoor worden auditieve en tactiele signalen gecombineerd, wat leidt tot een versterkte zintuiglijke ervaring.
De onderzoekers ontdekten namelijk dat de neuronen in het IC sterker reageren op een combinatie van geluid en trillingen dan op één van deze stimuli afzonderlijk. Dat maakt gelijk duidelijk waarom tijdens het bijwonen van een concert of in een dancing het fijn is wanneer we de trillingen van de muziek ook fysiek kunnen voelen: het maakt de ervaring intenser.
De integratie van auditieve en tactiele signalen heeft waarschijnlijk ook een evolutionair voordeel: het stelt een organisme in staat om snel te reageren op bedreigingen of omgevingsveranderingen.
Een van de meest intrigerende toepassingen van deze bevindingen is de mogelijkheid om nieuwe zintuiglijke hulpmiddelen te ontwikkelen. Apparaten die geluid omzetten in tactiele trillingen binnen het frequentiebereik van Paciniaanse bloedlichaampjes zouden mensen met gehoorverlies kunnen helpen om geluid waar te nemen via trillingen.
Deze apparaten zijn strategisch te plaatsen op delen van het lichaam waar deze receptoren geconcentreerd zijn, zoals op de handen en voeten. De apparaten kunnen zo geluiden, spraak en muziek op een alternatieve manier aanbieden aan ernstig slechthorenden of doven en zo hun geluidservaring verrijken of ondersteuning bieden bij het verstaan van spraak.
De studie biedt ook nieuwe inzichten in hoe de hersenen zich aanpassen bij het verlies van een zintuig. Net zoals Beethoven in staat was om muziek te blijven componeren door trillingen te voelen, kan het IC een sleutelrol spelen in het versterken van andere zintuigen wanneer het gehoor verloren gaat. Dit mechanisme van ‘neurale herbedrading’ kan bijdragen aan een verhoogde tastgevoeligheid bij slechthorenden.
Mark Fletcher en collega’s van de Universiteit van Southampton ontwikkelden op grond van het principe van integratie van geluid en trillingen in 2020 een eerste prototype van een armband (Mosaic One). Deze armband zet geluiden op de pols in trillingen om. Momenteel kijken de wetenschappers hoe ze zoveel mogelijk spraakinformatie naar de hersenen kunnen overbrengen via tactiele stimulatie.
Deze nieuwe algoritmes brengen ze binnenkort in een nieuw prototype armband onder (Mosaic Two). Deze armband kan dragers van een cochleair implantaat (CI) helpen om beter te verstaan in rumoer. Ook kan deze armband helpen om nauwkeuriger te bepalen waar geluiden en sprekers vandaan komen. De omzetting van geluid in gevoelsinformatie biedt nog een ander voordeel voor CI-dragers: de beleving van muziek is ermee te verbeteren. Fletcher ziet ook nog een andere mogelijkheid.
Als zo’n armband tegen lage kosten is te produceren, kunnen (zeer) ernstig slechthorenden in landen waar zij geen toegang hebben tot CI-operaties, tóch een hulpmiddel krijgen dat hen ondersteunt bij het horen en verstaan.
Het onderzoek van de Harvard Medical School benadrukt hoe de hersenen auditieve en tactiele signalen combineren om onze perceptie van de wereld te verrijken. Deze ontdekking opent nieuwe wegen voor technologische innovaties. denk daarbij aan nieuwe soorten hulpmiddelen voor slechthorenden zoals de Mosaic-armband die onderzoekers van de Universiteit van Southampton momenteel verder ontwikkelen.
De studie laat ook zien hoe onze hersenen flexibel en vindingrijk zijn in het benutten van zintuiglijke informatie én in staat zijn te compenseren wanneer sensorische input vanuit een van de zintuiglijke kanalen verloren gaat.
René van der Wilk is al jaren onderdeel van ons redactieteam en eigenaar van Hoorzaken.nl
Bronvermelding
Erica L. Huey, Josef Turecek, Michelle M. Delisle, Ofer Mazor, Gabriel E. Romero, Malvika Dua, Zoe K. Sarafis, Alexis Hobble, Kevin T. Booth, Lisa V. Goodrich, David P. Corey, David D. Ginty, The auditory midbrain mediates tactile vibration sensing, Cell, 2024, ISSN 0092-8674, https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.014
Earline is een mix van samen, van jong en ervaren, creatief en zakelijk, van gisteren, vandaag en morgen. Earline is een compact team en een team freelancers, met name op het gebied van foto, video en tekst. Samen is met het hele team, met en voor de klant. Verbinding is kracht!
© Copyright Earline
