바이노럴 퓨전

Binaural fusion

바이너럴 퓨전 또는 바이너럴 통합은 서로 다른 청각 정보의 결합을 수반하는 인지 과정이다.인간의 경우, 한 귀는 다른 귀보다 언어 자극에 대한 정보를 더 많이 얻을 수 있기 때문에 이 과정은 언어를 이해하는 데 필수적이다.

양음 융합의 과정은 수평면에서의 음원의 위치 계산(음향 국소화)에 중요하며, 음의 분리에 중요하다.[1]음분리는 하나 이상의 음원에서 음향 구성요소를 식별하는 능력을 말한다.[2]양음 청각 시스템은 매우 역동적이며 소리가 들리는 맥락에 따라 빠르게 튜닝 특성을 조정할 수 있다.각각의 고막은 1차원적으로 움직인다; 청각 뇌는 양쪽 고막의 움직임을 분석하고 비교해서 물리적 단서들을 추출하고 청각 물체를 합성한다.[3]

소리의 자극이 귀에 닿으면 고막이 기계적으로 굴절되고, 세 개의 중이뼈(오시클)가 기계 신호를 콜레아에 전달하는데, 여기서 모세포가 기계 신호를 전기 신호로 변형시킨다.달팽이 신경이라고도 불리는 청각 신경은 그 후 중추 청각 신경계에 작용 전위를 전달한다.[3]

양쪽 귀로부터의 입력은 통합되고 융합되어 뇌계에 완전한 청각적 그림을 만든다.따라서 중앙 청각 신경계로 전송되는 신호는 이 완전한 그림, 즉 한쪽 귀 대신 양쪽 귀에서 통합된 정보를 나타낸다.

바이노럴 스켈치 효과는 두 귀 사이의 뇌계 처리 타이밍, 진폭, 스펙트럼 차이 등의 핵의 결과물이다.소리는 통합되어 청각 물체로 분리된다.이런 효과가 나타나려면 양쪽의 신경 통합이 필요하다.[4]

해부학

SOC로부터의 전송은, 뇌 시스템의 폰에서, 측면 레미니스커스를 따라, 중뇌에 위치한 IC로 이동한다.그런 다음 신호는 시상하부에 전달되고 더 높은 청각 경로로 전달된다.

소리는 척추동물 포유류의 내막 고막으로 이동하면서 내이에서 골레아의 기저막과 일렬로 늘어선 머리카락 세포와 마주치게 된다.[5]달팽이관은 청각 정보를 수신하여 쌍방향으로 통합된다.달팽이관에서는 이 정보가 달팽이관신경을 통해 이동하는 전기충동으로 변환되는데, 달팽이관신경은 달팽이관신경을 통해 뇌계통에 위치한 복측 달팽이핵에 걸쳐 있다.[6]측두엽은 달팽이핵에서 주로 두 개의 핵인 내측상우수올리브(MSO)와 측측상우수올리브(LSO)로 구성된 뇌계핵 집합체인 우량올리바리 콤플렉스(SOC)로 투영되며, 쌍곡융합의 주요 현장이다.양방향 융합을 우려하는 복측 달팽이핵의 하위분할은 전방 복측 달팽이핵(AVCN)이다.[3]AVCN은 구면 부싱 세포와 구상 부싱 세포로 구성되며, 또한 사다리꼴 몸체(MNTB)의 내핵에도 신호를 전송할 수 있다. 사다리꼴 몸체(MSO)는 MSO에 투영된다. SOC로부터의 전송은 횡방향 레미스커스를 통해 하대 골리큘러스(IC)로 이동한다.IC 수준에서는 바이너럴 융합이 완료된다.그 신호는 태음계까지 올라가고, 태음부에 대한 감각적 입력은 1차 청각 피질에 전달된다.[3][7][8][9]

함수

귀는 소리의 치수를 분석하고 인코딩하는 기능을 한다.[10]바이노럴 융합은 음원에서 복수의 소리 영상이 생성되는 것과 그 반사를 피하는 역할을 한다.이러한 현상의 장점은 작은 방에서 더욱 두드러져 반사면이 청취자로부터 멀리 배치될수록 감소한다.[11]

중앙 청각 시스템

중앙 청각 시스템은 양쪽 귀의 입력(입력에는 명시적인 공간 정보가 포함되지 않음)을 뇌계 내의 단일 뉴런으로 수렴한다.이 시스템은 통합 기능을 가진 많은 하위 관문 사이트를 포함한다.청각핵은 다른 공급원을 수집, 통합, 분석하는데 [10]그 결과는 청각 공간의 표현이다.[3]아구질 청각 핵은 소리의 치수를 추출하고 분석하는 역할을 한다.[10]

음향 자극의 통합은 음원의 주파수(피치), 강도, 공간적 국산화 등을 분석한 결과다.[12]일단 음원이 확인되면, 낮은 청각 경로의 세포는 물리적 소리 매개변수를 분석하기 위해 전문화된다.[3]하나의 자극에서 나오는 소리의 큰 소리가 하나의 자극이 아니라 양쪽 귀로 들었을 때 두 배가 된 것으로 인식될 때 합성이 관찰된다.이러한 합성의 과정을 바이너럴 합이라고 하며, 소리가 어디에서 나오는가에 따라 각 귀마다 다른 음향의 결과물이다.[4]

달팽이관 신경은 내이의 달팽이관부터 뇌계의 양쪽에 위치한 복측 달팽이관 핵까지, 청각 신호를 쌍방향으로 통합될 우월한 올리브 복합체로 전달한다.

내향우수올리브와 측향우수올리브

MSO는 좌우 달팽이관핵으로부터의 입력을 비교하는 데 기능하는 세포들을 포함하고 있다.[13]MSO에서 뉴런의 튜닝은 저주파를 선호하는 반면 LSO에서 뉴런의 튜닝은 고주파를 선호한다.[14]

LSO와 MSO의 GABAB 수용체는 흥분 및 억제 입력의 균형에 관여한다.GABAB 수용체는 G 단백질과 결합되어 시냅스 효능을 조절하는 방법을 제공한다.특히 GABAB 수용체는 LSO에 대한 흥분 및 억제 입력을 조절한다.[3]GABAB 수용체가 시냅스 후 뉴런에 대한 흥분제 또는 억제제 역할을 하는지 여부는 수용체의 정확한 위치와 작용에 따라 달라진다.[1]

사운드 로컬리제

음향 국산화란 소리의 방향 위치를 정확하게 파악할 수 있는 능력이다.수평면에 국부적인 음향 자극을 방위라고 하며, 수직면에서는 고도라고 한다.두 귀에 도달하는 소리의 시간, 강도, 스펙트럼의 차이는 국산화에서 사용된다.저주파 음의 국소화는 경락간 시간차(ITD)를 분석하여 이루어진다.고주파 음의 국소화는 경락간 수준 차이(ILD)를 분석하여 이루어진다.[4]

메커니즘

바이노럴 청력

작용 전위는 코클레아의 머리카락 세포에서 시작되어 뇌계로 전파된다; 이러한 작용 전위의 타이밍과 그들이 전달하는 신호는 모두 우주에서 소리의 방향에 관한 정보를 SOC에 제공한다.행동전위의 처리와 전파는 빨라서, 들린 소리의 타이밍에 관한 정보, 즉 양음처리에 중요한 정보를 보존한다.[15]각각의 고막이 한 차원씩 움직이며, 청각 뇌는 청각 물체를 합성하기 위해 양쪽 고막의 움직임을 분석하고 비교한다.[3]이러한 양귀로부터의 정보의 통합은 양귀융합의 본질이다.청각의 양음계는 수평면에서 소리 국산화(sound localization)를 수반하는 것으로, 수직면에서 소리 국산화(sound localization)를 수반하는 청각의 모노럴 시스템과 대조된다.[3]

우수 올리바리 콤플렉스

바이너럴 융합의 일차 단계인 바이너럴 신호의 처리는 좌우 청각 경로의 서로 다른 섬유가 먼저 수렴되는 SOC에서 발생한다.이러한 처리는 LSO와 MSO에서 흥분 입력과 억제 입력의 상호작용 때문에 발생한다.[1][3][13]SOC는 ITD와 ILD의 형태로, 협곡으로부터 뇌계로 들어가는 바이너럴 정보를 처리하고 통합한다.ILD와 ITD의 이러한 초기 처리는 GABAB 수용체에 의해 규제된다.[1]

ITD 및 ILD

양음청각의 청각 공간은 수평면에서 서로 다른 두 개의 양음부 신호의 차이를 분석하여 구성된다. 즉, 소음 수준 또는 ILD와 두 귀의 도착 시간, 즉 ITD로 각 고막에서 들리는 소리를 비교할 수 있다.[1][3]ITD는 MSO에서 처리되며 소리가 한쪽 귀에서 다른 쪽 귀보다 일찍 도달하여 발생한다. 이는 소리가 착용자의 바로 앞이나 바로 뒤에서 발생하지 않을 때 발생한다.ILD는 LSO에서 처리되며 음원에서 멀리 떨어진 귀에서 생성되는 섀도잉 효과에서 비롯된다.SOC의 출력은 IC뿐만 아니라 횡방향 레미니스커스의 등측핵을 대상으로 한다.[3]

측면우수올리브

LSO 뉴런은 한쪽 귀로부터의 입력에 의해 흥분되고 다른 한쪽 귀로부터의 입력에 의해 억제되며, 따라서 IE 뉴런이라고 불린다.흥분 입력은 여러 청각 신경 섬유로부터 오는 입력들을 결합하는 입자상자 달팽이핵의 구형 부피 세포로부터 LSO에서 수신된다.억제 입력은 횡방향 달팽이관핵의 구상 부피 세포로부터 LSO에서 수신된다.[3]

중수상 올리브

MSO 뉴런은 쌍방향으로 흥분하는데, 이는 양쪽 귀의 입력에 의해 흥분된다는 것을 의미하며, 따라서 EE 뉴런이라고 불린다.[3]왼쪽 달팽이관 핵에서 나온 섬유는 MSO 뉴런 왼쪽에서, 오른쪽 달팽이관 핵에서 나온 섬유는 MSO 뉴런 오른쪽에서 끝난다.[13]구면 부쉬셀에서 MSO에 대한 흥분 입력은 글루탐산염에 의해 매개되며, 구상 부쉬셀에서 MSO에 대한 억제 입력은 글리신에 의해 매개된다.MSO 뉴런은 경음기 입력에서 ITD 정보를 추출하고 각 귀에서 소리가 도달하는 시간의 작은 차이를 해결한다.[3]MSO와 LSO의 출력은 측면 레미스커스를 통해 IC로 전송되며, 이는 소리의 공간적 국소화를 통합한다.IC에서 음향 신호는 처리되어 별도의 스트림으로 여과되어 청각 물체 인식의 기초를 형성하고 있다.[3]

자폐증의 바이너럴 융합 이상

현재 자폐증을 가진 개인들의 바이너럴 융합 기능 장애에 대한 연구가 진행되고 있다.신경성 장애 자폐증은 일방적이거나 쌍방향인 청력 저하를 포함한 뇌기능의 많은 증상들과 연관되어 있다.[16]청각장애를 겪는 자폐증 환자는 배경소음을 듣기 어렵고 국소화가 잘 안 되는 등의 증상을 유지한다.특정 스피커와 배경 잡음을 구분하는 능력과 음향 국산화 과정 모두 바이너럴 퓨전의 핵심 제품이다.이들은 특히 SOC의 적절한 기능과 관련이 있으며, 자폐증 개인의 뇌체계 내 형태학적 이상, 즉 SOC가 청각장애의 원인이라는 증거가 늘고 있다.[17]자폐증 환자의 MSO 뉴런은 비정형 세포 형태와 세포 신체의 방향 등 비정형 해부학적 특징과 스테레인과 방추형 형성을 나타낸다.[18]또한 LSO와 MNTB의 뉴런은 불규칙한 스텔라테이트와 방추형 모양과 같은 자폐성 개인에서 뚜렷한 이형질을 가지고 있으며 정상 크기보다 작다는 것을 보여준다.게다가 SOC 뉴런의 현저한 고갈은 자폐성 개인들의 뇌계에서 나타난다.이러한 모든 구조물은 두경 융합의 적절한 기능에 결정적인 역할을 하므로 이들의 이형학은 자폐증 환자에게서 이러한 청각 증상의 발생에 최소한 부분적으로 책임이 있을 수 있다.[17]

참조

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  2. ^ Schwartz, Andrew; McDermott, Josh (2012). "Spatial cues alone produce inaccurate sound segregation: The effect of inter aural time differences". Journal of the Acoustical Society of America. 132 (1): 357–368. Bibcode:2012ASAJ..132..357S. doi:10.1121/1.4718637. PMC 3407160. PMID 22779483.
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외부 링크