Нейроученые открыли, что движения глаз можно проследить по звукам, которые они генерируют в ушах. Это показывает, что зрение может влиять на слух.

Дарем, штат Северная Каролина. Ученые теперь могут точно определять, куда смотрят глаза человека, просто прислушавшись к его ушам.

«По записям, сделанным с помощью микрофона в ушном канале, можно оценить движение глаз и положение точки, на которую смотрят глаза», — говорит Дженифер Гро, доктор философии, старший автор доклада и профессор факультетов психологии и нейронаук, а также нейробиологии Университета Дьюка.

В 2018 году команда Гро обнаружила, что при движении глаз уши издают тонкий, незаметный звук. В новом докладе, опубликованном 20 ноября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, команда Дьюка показала, что по этим звукам можно определить, куда смотрят глаза. Это работает и в обратную сторону. Зная, куда смотрит человек, ученые смогли предположить, как выглядит форма волны тонкого ушного звука.

По мнению Гро, эти звуки могут возникать, когда движения глаз стимулируют мозг сокращать мышцы среднего уха, которые обычно помогают гасить громкие звуки, или волосковые клетки, которые помогают усиливать тихие звуки. Точное назначение этих ушных звуков пока неясно, но, по первоначальной догадке, они могут помочь обострить восприятие.

«Мы думаем, что это часть системы, позволяющей мозгу сопоставлять местоположение поля зрения и звуков, в то время как глаза двигаются, а голова и уши — нет», — говорит Гро.

Понимание взаимосвязи между едва уловимыми ушными звуками и зрением может привести к разработке новых клинических тестов для определения слуха.

«Если каждая часть уха вносит индивидуальные правила в сигнал барабанной перепонки, то их можно будет использовать в качестве клинического инструмента для оценки того, какая часть анатомии уха работает неправильно», — говорит Стефани Лович, одна из ведущих авторов работы и аспирантка факультета психологии и нейронаук Университета Дьюка.


Подобно тому, как зрачки глаз сужаются или расширяются, как диафрагма фотоаппарата, чтобы регулировать количество проникающего света, уши тоже по-своему регулируют слух. Долгое время ученые считали, что эти механизмы регулировки звука помогают только усиливать тихие звуки или приглушать громкие. Но в 2018 году Гро и ее команда обнаружили, что эти же механизмы регулировки звука активируются при движении глаз, что говорит о том, что мозг сообщает ушам о движениях глаз.

В своем последнем исследовании научная группа продолжила работу над первоначальным открытием и выяснила, содержат ли слабые слуховые сигналы подробную информацию о движениях глаз. 

Чтобы расшифровать ушные звуки, команда Гро из Дьюка и профессор Кристофер Шера, доктор философии из Университета Южной Калифорнии, пригласили 16 взрослых людей с хорошим зрением и слухом в лабораторию в Дареме для прохождения довольно простого теста на зрение.

Участники смотрели на статичную зеленую точку на экране компьютера, затем, не двигая головой, следили глазами за тем, как точка исчезала, а затем появлялась снова — вверх, вниз, влево, вправо или по диагонали от начальной точки. Таким образом, ученые получили широкий спектр слуховых сигналов, генерируемых при движении глаз по горизонтали, вертикали или диагонали.

Глазной трекер фиксировал, куда перемещались зрачки участников, чтобы сравнить с ушными звуками, которые улавливались с помощью пары наушников-вкладышей, оснащенных микрофоном.

Исследовательская группа проанализировала ушные звуки и обнаружила характерные формы колебаний для различных направлений движения. Это позволило им «взломать» код ушных звуков и вычислить, куда смотрят люди, просто внимательно изучив звуковую волну.

«Поскольку движение глаз по диагонали состоит из горизонтальной и вертикальной составляющих, мой коллега и соавтор Дэвид Мерфи понял, что можно взять эти две составляющие и предположить, что получится, если сложить их вместе», — говорит Лович. «Затем можно пойти в обратном направлении и по колебаниям предположить, что кто-то смотрит на 30 градусов влево».


Исследователи из Дьюка, помогавшие руководить проектом (слева направо): Синтия Кинг, Дженнифер Гро, Стефани Лович и Дэвид Мерфи.

Сейчас Гро начинает изучать, играют ли эти ушные звуки какую-то роль в восприятии.

Один из проектов направлен на изучение того, как звуки, издаваемые ухом при движении глаз, могут отличаться у людей с потерей слуха или зрения.

Ученые также проверяют, будут ли люди c нормальным слухом или зрением генерировать ушные сигналы, которые могут предсказать, насколько хорошо они справляются с задачей по локализации звука, например, определяют, где находится скорая помощь, когда ведут машину, что основано на сопоставлении слуховой информации с визуальной сценой.

«У некоторых людей сигнал действительно воспроизводится ежедневно, и его можно быстро измерить», — говорит Гро. «Можно ожидать, что эти люди будут действительно хорошо справляться с визуально-слуховой задачей по сравнению с другими людьми, у которых этот сигнал более изменчив».

Исследование Гро было поддержано грантом Национального института здоровья (NIDCD DC017532).