In het laboratorium worden geluiden mysterieus en mooi. Wat in de buitenwereld vaak als vanzelfsprekend wordt beschouwd, verandert in geluidsgolven en frequenties, verandert wetenschappelijke ideeën.
Hier veranderen geluiden van structuur, onthullen ongelooflijke eigenschappen en worden op onverwachte plaatsen gevonden. Geluid kan ook verbazingwekkende effecten hebben op het menselijk brein. Vandaag vertellen we je over tien interessante wetenschappelijke ontdekkingen met betrekking tot geluid.
10. Geluiden kunnen het proces van anesthesie verklaren
Traditioneel wordt in de geneeskunde aangenomen dat zenuwcellen met elkaar 'praten' door middel van elektrische impulsen. Het zijn signaalkanalen waardoor het commando van de hersenen naar de hand wordt gestuurd om met een borstel te zwaaien of de kat te aaien. Dit klinkt natuurkundigen niet overtuigend. De wetten van de thermodynamica stellen dat elektrische impulsen warmte moeten genereren, maar dit wordt niet waargenomen in het menselijk lichaam. Natuurkundigen hebben een andere hypothese voorgesteld: zenuwen zenden geen elektriciteit uit, maar geluidsgolven. Niet alle wetenschappers zijn het erover eens, maar het zou een al lang bestaand medisch mysterie kunnen verklaren.
Anesthetica bestaan al heel lang, maar er is nog steeds geen vaste overtuiging over hoe ze erin slagen de gevoeligheid van het lichaam te verminderen. Zenuwcellen hebben membranen. Om audioberichten te verzenden, moeten ze een temperatuur hebben die overeenkomt met de normale temperatuur van het menselijk lichaam. Het is mogelijk dat anesthetica de intracellulaire temperatuur veranderen, waardoor de membranen geen geluidsgolven met pijnsignalen kunnen doorgeven.
Promotie video:
9. Het visuele systeem kan worden geassocieerd met het auditieve
Bij een ander experiment met apen deed iedereen zijn mond open. De apen werden getraind om elke keer dat het op het paneel verscheen de lichtvlek aan te raken. Als de plek helder was, deden de apen het met gemak; als de plek saai was, begonnen de apen het moeilijk te krijgen. Toen het verschijnen van de zwakke plek echter gepaard ging met een scherp geluid, raakten de apen het zo snel aan dat er maar één verklaring voor was: de hersenen konden het geluid gebruiken om beter te zien.
Dit is in strijd met traditionele ideeën over het zenuwstelsel. Vroeger dacht men dat de auditieve en visuele delen van de hersenen niet met elkaar verbonden waren. Gerichte observatie van 49 visuele neuronen in apenhersenen bewees echter het tegendeel. In de aanwezigheid van een geluidssignaal op de zwakke plek gedroegen de neuronen zich alsof de ogen helderder licht zagen dan ze in werkelijkheid waren. De reactietijd was zo snel dat alleen de aanwezigheid van een directe verbinding tussen de auditieve en visuele delen van de hersenen dit kon verklaren.
Deze onderlinge verbinding van sensorische systemen kan de verbetering van het zicht bij doven en de frequente aanwezigheid van acuut gehoor bij blinden verklaren. Een gebied van de hersenen dat voorheen verantwoordelijk was voor het verloren voorwerp, wordt opnieuw gericht op een ander gebied.
8. Nieuwe methode voor bloedanalyse
Bloedonderzoek is de hoeksteen van het stellen van een juiste diagnose, maar ze zijn moeilijk. Gangbare bloedtesttechnieken kunnen lang duren, monsters kunnen beschadigd raken en er is een risico op infectie. Laboratoria zijn moeilijk te vervoeren.
Onlangs is er een nieuwe methode ontstaan die dit alles omkeert. Bloed kan nu worden getest met geluidsgolven en een snel en nauwkeurig resultaat wordt verkregen. Als wetenschappers informatie willen over de toestand van een patiënt, jagen ze op exosomen. Deze kleine boodschappers die door cellen worden uitgescheiden, kunnen veel vertellen over de gezondheid van het lichaam en zijn aandoeningen.
De nieuwe techniek is gebaseerd op het scheiden van cellen, bloedplaatjes en exosomen met behulp van geluidstrillingen op verschillende frequenties. Het bloed wordt gedurende een zeer korte tijd aan akoestische trillingen blootgesteld, waardoor schade aan het monster wordt voorkomen.
Het gebruik van geluid voor bloedanalyse biedt grote mogelijkheden. Snelle diagnose, testen van voorheen moeilijk bereikbare organen, in veel gevallen weigering van een eerder vereiste biopsie zijn slechts enkele van de voordelen. Een van de meest waardevolle kenmerken is dat tests kunnen worden uitgevoerd met behulp van een draagbare kit die in alles kan worden gebruikt, van ambulances tot afgelegen dorpen.
7. Reactie op levitatie
Luchtvaartliefhebbers hebben geprobeerd de zwaartekracht op alle mogelijke manieren te overwinnen, van magneten tot lasers. Het antwoord blijkt geluidsgolven te zijn. In 2014 ontdekte de University of Scotland dat ze waarschijnlijk kunnen worden gebruikt om objecten op te tillen.
Geluidsgolven veroorzaken druk op het milieu, in ons geval op de lucht. Deze druk kan worden gebruikt om levitatie te creëren. Wetenschappers hebben echter geen werkend apparaat gemaakt.
Het probleem bleek traditioneel te zijn. Om de zwaartekracht te overwinnen, moeten golven in een specifieke volgorde worden uitgezonden. Om een object in een horizontale stationaire positie te houden of in de gewenste richting te laten bewegen, is het noodzakelijk dat de druk op alle punten hetzelfde is. Dit vereist uiterst complexe wiskundige berekeningen.
Onlangs gebruikte een andere groep wetenschappers speciale software en gegevens van Schotse onderzoekers om een magisch exemplaar te maken. Ze vonden drie combinaties en creëerden zelfs met succes een driedimensionaal geluidsveld met 64 kleine luidsprekers.
Het veld, "akoestisch hologram" genaamd, houdt met succes ballen van polystyreen in de lucht. Met behulp van drie verschillende combinaties van geluid konden de onderzoekers de ballen aan elkaar laten kleven, stil laten staan of in een kooi van geluidstrillingen blijven.
6. Geluid kan vuur doven
Aanvankelijk weigerden leraren aan de George Mason University in Virginia te geloven in het succes van hun twee studenten. Twee toekomstige ingenieurs besloten de vlam te doven met geluidsgolven. Eerder onderzoek naar dit onderwerp wekte hun interesse en verlangen om met de eerste geluidblusser te komen.
Omdat ze elektronica-ingenieurs en programmeurs waren, geen scheikundigen, kregen ze aanvankelijk vooral spot in plaats van steun. Maar de 23-jarige Seth Robertson en de 28-jarige Viet Tran zetten hun tests toch voort, onder begeleiding van een enkele professor en soms met eigen geld.
Ze lieten al snel de muziek los, omdat de golven te chaotisch waren om het vuur te blussen. Het belangrijkste idee van deze methode is om de toegang tot het vuur te blokkeren om het te voeden met zuurstof. Dit gebeurde wanneer laagfrequente trillingen in het bereik van 30 tot 60 hertz op de brand werden toegepast.
Geluidstrillingen creëren een ijl gebied met weinig zuurstof. Door het gebrek aan zuurstof gaat de vlam uit. Om een draagbare brandblusser te maken, is er veel werk nodig, je moet de brandblusser testen op verschillende soorten brandstof en vormen van ontsteking. Maar de opening opent de deur naar betere blusmiddelen die geen gifstoffen achterlaten zoals conventionele brandblussers.
5. Geluid verandert van smaak
Laagfrequente geluiden blussen niet alleen branden. Ze geven voedsel ook een bittere smaak. Aan de andere kant van de schaal voegen hun hoogfrequente tegenhangers een beetje zoetheid toe.
De reden hiervoor is niet helemaal duidelijk, maar talrijke experimenten in laboratoria en restaurants hebben bevestigd dat geluiden de smaak beïnvloeden. De onderzoekers noemden dit 'smaakmodulatie'. Geluiden lijken bitterheid of zoetheid toe te voegen aan bijna alles, van cake tot koffie.
Dit ongebruikelijke effect heeft geen invloed op de smaakpapillen als zodanig. Geluiden lijken van invloed te zijn op hoe de hersenen smaakinformatie waarnemen. De hoge of lage tonen van de frequentie zorgen ervoor dat hij meer aandacht besteedt aan de zoete of bittere smaak van het eten.
Lawaai kan ook de eetlust negatief beïnvloeden. Een studie uit 2011 toonde aan dat achtergrondgeluid een grote rol kan spelen. Als het te luid is, voelen mensen minder zout en zoetheid en genieten ze niet van hun eten. Dit verklaart waarom luidruchtige restaurants slecht eten kunnen hebben en waarom luchtvaartmaatschappijen een slechte reputatie hebben op dit gebied.
4. Symfonieën van gegevens
Mark Ballora groeide op in een muzikaal gezin. Later, tijdens zijn doctoraatsstudie, raakte hij geïnteresseerd in het omzetten van informatie in muziek. Hij begon met sonificatie - de vertaling van droge gegevens in geluidsgolven.
In de daaropvolgende twintig jaar creëerde Ballora liedjes met gegevens van verschillende onderzoeken, waaronder de energie van een neutronenster, de lichaamstemperatuurcycli van Arctische eekhoorns, zonnestraling en tropische stormen.
Bij het maken van de volgende symfonie maakt Ballora eerst kennis met de informatie en het onderwerp van onderzoek. Vervolgens selecteert hij geluiden die passen bij de cijfers en aard van de studie.
De kolkende geluiden komen overeen met een tropische storm. De zonnewind, op muziek gezet, creëerde een melodie van "veranderingen en flikkeringen". Hoewel dit niet wijdverspreid is in de wetenschappelijke wereld, heeft sonificatie enige erkenning gekregen in de astronomie.
Bij het South African Astronomical Observatory in Kaapstad luistert de blinde astrofysicus Wanda Merced naar de ontvangen gegevens. Ze ontdekte dat stellaire explosies elektromagnetische golven produceren wanneer deeltjes daardoor energie uitwisselen. Haar ziende collega's misten het omdat ze alleen naar de grafieken keken.
3. Cocktailparty-effect
Toen de onderzoekers besloten om het fenomeen "cocktailparty-effect" te bestuderen, wendden ze zich tot patiënten met epilepsie, aangezien ze al de nodige objecten hadden om te observeren - elektroden rond hun hersenen.
De elektroden waren ontworpen om hersenactiviteit tijdens aanvallen te registreren, maar zeven patiënten stemden ermee in om deel te nemen aan het cocktailparty-onderzoek. Het ligt in het feit dat iemand zich in een zeer luidruchtige omgeving kan concentreren op een strikt gedefinieerd gesprek. Wetenschappers wilden begrijpen hoe de hersenen werken in omstandigheden van actieve ruisinterferentie.
Elk onderwerp luisterde naar dezelfde opname te midden van geluiden, niet in staat de toespraak van de spreker te verstaan. Vervolgens luisterden ze naar een duidelijke versie van dezelfde zin, gevolgd door nog een luidruchtige opname. Ongelooflijk, dit keer begrepen alle proefpersonen de spreker. Hersenactiviteit toonde aan dat ze het niet deden alsof.
Tijdens de eerste test (met een vervormde opname) bleven de hersengebieden die verantwoordelijk waren voor het gehoor en de spraak inactief. Maar tijdens de rest van de audities werkten ze. Het blijkt dat de reden waarom we gesprekken op een luidruchtig feestje kunnen volgen, ligt in de ongelooflijke en razendsnelle plasticiteit van de hersenen.
Zodra de hersenen de woorden herkenden, begonnen ze anders te reageren op de tweede vervormde zin. Hij verfijnde de auditieve en spraaksystemen, waardoor hij de bron van spraak kon bepalen en ruis kon filteren.
2. "Roze ruis"
Onder mensen met slapeloosheid is de term "witte ruis" soms synoniem voor een goede nachtrust. Het vermogen van de hersenen om kleine geluiden - zoals ventilatorgeluid - te negeren, helpt velen in slaap te vallen. Maar verschillende onafhankelijke onderzoeken hebben aangetoond dat er iets beters is voor een goede nachtrust: roze ruis. "Witte ruis" is geluid met een uniform vermogen op alle frequenties, terwijl "roze" een mengsel van geluiden is waarbij de signaalsterkte omgekeerd evenredig is met de frequentie. Een licht waarin aan dezelfde voorwaarden wordt voldaan, lijkt roze, wat het geluid een vergelijkbare naam gaf.
Aangename geluiden van de wind, ritselende bladeren of het geluid van regen die op een dak bonkt, kunnen de hersenactiviteit verminderen. Als gevolg hiervan wordt de slaap dieper en rustiger. Chinese onderzoekers ontdekten dat 'roze ruis' 75% van de vrijwilligers in slaap sust. Toen ze dutjes testten, ontdekten ze dat degenen die met roze ruis sliepen, 45 procent beter herstelden dan anderen.
Voor senioren kan dit goed nieuws zijn. Veroudering leidt tot fragmentarische slaap, wat verantwoordelijk is voor geheugenverlies. Een groep van de American University testte mensen ouder dan 60 jaar, waarbij sommigen van hen tijdens de slaap werden blootgesteld aan "roze ruis". 'S Morgens werd er een geheugentest uitgevoerd. Degenen die nog nooit aan roze ruis zijn blootgesteld, presteerden drie keer zo slecht.
1. Er zijn mensen die geluid haten
Voor degenen die van roze ruis of rockconcerten houden, lijkt het misschien onrealistisch om iemand te ontmoeten die niet van de zoete geluiden kan genieten. Degenen die zweten en last hebben van hartkloppingen als ze bepaalde geluiden horen.
Hoewel sommigen misschien denken dat deze mensen doen alsof, hebben wetenschappers in het VK ontdekt dat intolerantie voor geluid een echte medische diagnose is. Deze ziekte wordt misofonie genoemd en wordt geassocieerd met een hersenafwijking. Mensen met deze aandoening hebben kleinere en zwakkere frontale kwabben dan alle anderen.
Twee groepen mensen luisterden naar geluiden terwijl wetenschappers hun hersenactiviteit bestudeerden. In de eerste groep waren er misofonie-patiënten, in de tweede - nee. Onaangename geluiden stimuleerden bij alle proefpersonen, ongeacht de groep, de centrale hersenkwab. Dit deel van de hersenen is onder meer verantwoordelijk voor emoties en reacties op een uitdaging om te vechten.
De hersenen van misophonics reageerden echter intenser en veroorzaakten fysieke stresssymptomen zoals hartkloppingen en zweten. Interessant is dat de activiteit van de centrale lob rechtstreeks afhangt van de aanwezigheid van anomalieën in de frontale lob.
Vertaald door Dmitry Oskin
