Varför är hårda ljud så outhärdliga för den mänskliga hjärnan?
De flesta, om inte alla, av oss tycker att hårda ljud, som de som larm från bilen gör, är svåra att bära. Ny forskning tittar på vad som händer i hjärnan under exponering för dessa hörselstimuli.
Gitterljud, som billarm, ljud från en byggarbetsplats eller till och med mänskliga skrik, är mycket svåra om inte omöjliga att ignorera, främst för att de är obehagliga.
Vad händer dock i våra hjärnor när vi hör sådana ljud och varför tycker vi att de är så outhärdliga?
Det här är frågorna som ett team av forskare från Genèves universitet och Genèves universitetssjukhus i Schweiz har syftat till att svara på i en nyligen genomförd studie.
Varför är denna fråga i första hand viktig? I deras studiehandling - som visas i tidskriften Naturkommunikation - forskarna förklarar att det binder till aspekter av kommunikation.
"Ett första och främst syfte med kommunikation är att fånga uppmärksamheten hos specifika personer (individer av samma art)", skriver forskarna, "en process som kan optimeras genom att anpassa signalens känslighet för att maximera mottagarens sensoriska-motoriska svar."
Inom neurovetenskap är framträdande den kvalitet som skiljer något från föremål av samma slag. "För att förstärka sensorisk uppmärksamhet och säkerställa effektiva reaktioner i mottagarens ände är en generisk strategi att öka signalintensiteten, t.ex. genom att skrika eller skrika", konstaterar författarna i sitt papper.
”Signalstorleken är emellertid inte den enda parametern som ändras när vi ökar ljudnivån. En annan viktig framväxande funktion är grovhet, en akustisk struktur som uppstår från snabba repetitiva akustiska transienter, ”tillägger de.
Så i sin studie etablerade forskarna först det ljudutbud som är ”grovt” och obehagligt för den mänskliga hjärnan. De tittade sedan på hjärnområdena som dessa ljud aktiverar.
När blir buller "outhärdligt?"
Forskarna rekryterade 27 friska deltagare mellan 20 och 37 år, varav 15 var kvinnor. Forskarna arbetade med olika grupper av dessa deltagare för olika experiment.
För några av dessa experiment spelade forskarna deltagarna repetitiva ljud med frekvenser mellan 0 och 250 hertz (Hz). De spelade också dessa ljud med gradvis kortare intervall för att bestämma vid vilken tidpunkt några av dessa ljud blev obehagliga.
"Vi [...] frågade deltagarna när de uppfattade ljudet som grova (skiljer sig från varandra) och när de uppfattade dem som släta (bildade ett kontinuerligt och enstaka ljud)", säger en av forskarna, Luc Arnal.
Teamet fann att den övre gränsen för ljudjämnhet uppstår när stimulansen når cirka 130 Hz. "Över denna gräns hörs frekvenserna som att de bara bildar ett kontinuerligt ljud", förklarar Arnal.
För att förstå när exakt grova ljud blir obehagliga bad forskarna också deltagarna - när de lyssnade på ljud med olika frekvenser - att betygsätta ljudet på en skala från en till fem, med fem som betyder "outhärdligt."
”Ljuden som ansågs vara oacceptabla låg huvudsakligen mellan 40 och 80 Hz, dvs. inom frekvensområdet som används av larm och mänskliga skrik, inklusive de av en bebis,” konstaterar Arnal.
Dessa obehagliga ljud är de som människor kan uppleva på avstånd - de som verkligen fångar vår uppmärksamhet. "Det är därför larm använder dessa snabba repetitiva frekvenser för att maximera chansen att de upptäcks och få vår uppmärksamhet," tillägger Arnal.
När de auditiva stimuli upprepas oftare än var 25: e millisekund eller så, förklarar forskarna, blir den mänskliga hjärnan oförmögen att förutse de olika stimuli och uppfattar dem som ett kontinuerligt ljud som den inte kan ignorera.
Hårda ljud utlöser aversion hjärnområden
När forskarna övervakade hjärnaktiviteten för att ta reda på exakt varför hjärnan tycker att dessa grova ljud är så outhärdliga, fann de något som de inte hade förväntat sig.
"Vi använde ett intrakraniellt [elektroencefalogram], som registrerar hjärnaktivitet i hjärnan som svar på ljud", förklarar medförfattare Pierre Mégevand.
Forskarna övervakade hjärnaktivitet när deltagarna hörde ljud som översteg den övre gränsen för grovhet (över 130 Hz), såväl som ljud inom gränsen som deltagarna bedömde som särskilt obehagliga (mellan 40 och 80 Hz).
I det tidigare tillståndet såg forskarna att endast hörselbarken i den övre temporal loben blev aktiv, vilket "är den konventionella kretsen för hörsel", som Mégevand konstaterar.
Men när deltagarna hörde ljud inom 40-80 Hz-området, blev andra hjärnområden aktiva också, mycket till forskarnas förvåning.
”Dessa ljud uppmanar särskilt amygdala, hippocampus och insula, alla områden relaterade till viktighet, motvilja och smärta. Detta förklarar varför deltagarna upplevde dem som outhärdliga. ”
Luc Arnal
”Nu förstår vi äntligen varför hjärnan inte kan ignorera dessa ljud. Något speciellt händer vid dessa frekvenser, och det finns också många sjukdomar som visar atypiska hjärnsvar på ljud vid 40 Hz. Dessa inkluderar Alzheimers, autism och schizofreni, säger Arnal.
Framöver planerar forskarna att göra mer detaljerad forskning om hjärnnätverk som svarar på hårda ljud. De hoppas kunna ta reda på om det är möjligt att upptäcka vissa neurologiska tillstånd helt enkelt genom att övervaka hjärnaktivitet som svar på specifika ljud.
