Los humanos usan el tiempo de retraso entre la llegada de una onda de sonido en cada oído para discernir la dirección de la fuente. En las ranas, lagartijas y pájaros la distancia entre los oídos es demasiado pequeña. Sin embargo, tienen una cavidad que conecta los tímpanos,en el que se superponen ondas sonoras internas y externas. Mediante un modelo matemático universal, los investigadores de la Universidad Técnica de Munich TUM han mostrado por primera vez cómo se crean nuevas señales en este "oído interno" que los animales utilizan para localizar sonidos.
Ya sea que perciba un depredador invasor o encuentre una presa en la oscuridad, la localización precisa de la fuente de un sonido es indispensable en el reino animal. Casi todos los mamíferos, incluidos los humanos, localizan las fuentes de sonido horizontalmente a través del retraso en el tiempo en que llegan las señales de sonidoen cada oído. Usando esta diferencia de tiempo, el cerebro puede calcular la dirección desde la que emana el sonido.
Las ranas, muchos reptiles y aves no tienen esta opción ya que la distancia entre sus orejas a menudo mide solo unos pocos centímetros. La diferencia de tiempo es tan pequeña que el cerebro no puede procesarla. Para compensar esta desventaja, estos animaleshan desarrollado un sistema simple aunque muy efectivo: una cavidad llena de aire conecta los tímpanos de los dos oídos.
Esta cavidad, que atraviesa la cabeza, une los tímpanos. Los científicos se refieren a esto como "orejas acopladas internamente" o ICE. Este "túnel en la cabeza" es claramente visible cuando la luz cae en una oreja de un gecko:La luz entonces brilla por el otro oído.
A diferencia de los humanos, los animales perciben no solo señales externas, sino también una superposición de ondas de sonido externas con las que se crean internamente a través del acoplamiento de los dos lados. Los científicos han determinado en experimentos que los animales usan las señales resultantes para identificar fuentes de sonidoPero lo que sucede exactamente en los oídos acoplados sigue siendo un misterio.
Un modelo para 15,000 especies
Ahora, los científicos que trabajan dirigidos por Leo van Hemmen, profesor de biofísica teórica en la Universidad Técnica de Munich TUM han desarrollado por primera vez un modelo matemático universal que describe cómo se propagan las ondas de sonido a través de los oídos acoplados internamente y qué pistas paraen el proceso se crean fuentes de sonido de localización.
"Nuestro modelo es aplicable a todos los animales con este tipo de sistema auditivo, independientemente de que las cavidades entre los tímpanos de las diversas especies se vean muy diferentes", explica Van Hemmen. "Ahora entendemos qué sucede exactamente dentro de las orejas de estos animalesy puede explicar y predecir los resultados de los experimentos en todo tipo de animales ". Más de 15,000 especies tienen orejas acopladas internamente, es decir, más de la mitad de todos los animales vertebrados que viven en la tierra".
Señales externas e internas en concierto
Utilizando su modelo, van Hemmen y su equipo descubrieron que los animales incluso han desarrollado dos métodos diferentes de audición con oídos acoplados internamente. Se producen en diferentes dominios de frecuencia y se aumentan entre sí.
En los sonidos por debajo de la frecuencia fundamental del tímpano, la diferencia de tiempo en la superposición de las señales internas y externas se amplifica hasta cinco veces. Eso es suficiente para facilitar la localización del sonido.
En frecuencias más altas, la diferencia de tiempo ya no se puede evaluar. Aquí, otra propiedad de la señal se vuelve relevante: la diferencia en la amplitud, es decir, el volumen del sonido percibido por los oídos ". La diferencia de amplitud se produce únicamente a través delacoplamiento de las dos orejas ", explica van Hemmen." Ese fue un resultado sorprendente ".
Esta nueva visión sobre los mecanismos y especialmente las ventajas de escuchar con oídos acoplados internamente también es relevante para aplicaciones industriales. Es concebible que los robots estén equipados con este tipo de sistema auditivo. "Puedo imaginar muy bien aplicaciones en robótica,porque este tipo de amplificación no necesita energía ", expresa van Hemmen. En el futuro, van Hemmen y su equipo de científicos esperan perfeccionar su modelo en colaboración con el trabajo experimental de sus colegas.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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