I laboratoriet blir ljud mystiska och vackra. Det som ofta tas för givet i omvärlden och omvandlar till ljudvågor och frekvenser förändrar vetenskapliga idéer.
Här ändrar ljud deras struktur, avslöjar otroliga egenskaper och finns på oväntade platser. Ljud kan också ha fantastiska effekter på den mänskliga hjärnan. Idag berättar vi om tio intressanta vetenskapliga upptäckter relaterade till ljud.
10. Ljud kan förklara anestesiprocessen
Traditionellt inom medicin tror man att nervceller "pratar" med varandra med hjälp av elektriska impulser. Det är signalkanaler genom vilka kommandot överförs från hjärnan till handen för att vinka en borste eller peta katten. Detta låter inte övertygande för fysiker. Termodynamikens lagar säger att elektriska impulser måste generera värme, men detta observeras inte i människokroppen. Fysiker har föreslagit en annan hypotes: nerver överför inte el, utan ljudvågor. Inte alla forskare är överens, men det kan förklara ett långvarigt medicinskt mysterium.
Narkosläkemedel har funnits länge, men det finns fortfarande ingen övertygelse om hur de lyckas minska kroppens känslighet. Nervceller har membran. För att överföra ljudmeddelanden måste de ha en temperatur som motsvarar den normala temperaturen i människokroppen. Det är möjligt att bedövningsmedicin förändrar den intracellulära temperaturen, vilket gör att membranen inte kan överföra ljudvågor som innehåller smärtsignaler.
Kampanjvideo:
9. Det visuella systemet kan kopplas till hörseln
Ett annat experiment med apor fick alla att öppna munnen. Aporna tränades för att beröra ljusets plats varje gång de dök upp på panelen. När fläcken var ljus, gjorde aporna det med lätthet, när fläcken var tråkig började aporna att uppleva svårigheter. Men när den svaga fläckens uppträdande åtföljdes av ett skarpt ljud, berörde aporna det så snabbt att det bara fanns en förklaring - hjärnan kunde använda ljudet för att se bättre.
Detta strider mot traditionella idéer om nervsystemet. Det trodde man att de hörsel- och visuella delarna av hjärnan inte var kopplade till varandra. Riktad observation av 49 visuella neuroner i apahjärnor visade emellertid annat. I närvaro av en ljudsignal på den svaga platsen uppförde sig nervcellerna som om ögonen såg ljusare ljus än de faktiskt var. Reaktionstiden var så snabb att endast närvaron av en direkt koppling mellan de hörsel- och visuella delarna av hjärnan kunde förklara detta.
Denna sammankoppling av sensoriska system kan förklara förbättringen av synen hos döva och den ofta förekommande akuta hörsel i blinda. Ett område i hjärnan som tidigare var ansvarigt för den förlorade egendomen riktas om till ett annat område.
8. Ny metod för blodanalys
Blodprover är hörnstenen i att ställa en korrekt diagnos, men de är svåra. Vanliga blodprovningstekniker kan ta lång tid, prover kan skadas och det finns risk för infektion. Laboratorier är svåra att transportera.
Nyligen har en ny metod framkommit som vänder allt detta. Blod kan nu testas med ljudvågor och ett snabbt och exakt resultat erhålls. När forskare vill ha information om patientens tillstånd, jagar de efter exosomer. Dessa små budbärare som utsöndras av celler kan berätta mycket om hälsan i kroppen och dess störningar.
Den nya tekniken bygger på separering av celler, trombocyter och exosomer med ljudvibrationer vid olika frekvenser. Blodet utsätts för akustiska vibrationer under mycket kort tid, vilket förhindrar skador på provet.
Användningen av ljud för blodanalys ger stora möjligheter. Snabb diagnos, tester av tidigare svårtillgängliga organ, avslag i många fall från tidigare biopsi är bara några av fördelarna. En av de mest värdefulla funktionerna är att testning kan utföras med ett bärbart kit som kan användas i allt från ambulanser till isolerade byar.
7. Svar på levitation
Aeronautics entusiaster har försökt att övervinna tyngdkraften på alla möjliga sätt, från magneter till lasrar. Det visar sig att svaret är ljudvågor. 2014 upptäckte University of Scotland att de troligen skulle kunna användas för att lyfta föremål.
Ljudvågor skapar tryck på miljön, i vårt fall, på luften. Detta tryck kan användas för att skapa levitation. Men forskare misslyckades med att skapa en fungerande enhet.
Problemet visade sig vara traditionellt. För att övervinna tyngdkraften måste vågor släppas ut i en specifik ordning. För att hålla ett föremål i ett horisontellt stationärt läge eller få det att röra sig i önskad riktning är det nödvändigt att trycket på alla punkter är detsamma. Detta kräver extremt komplexa matematiska beräkningar.
Nyligen använde en annan grupp forskare speciell mjukvara och data från skotska forskare för att skapa ett magiskt prov. De hittade tre kombinationer och skapade till och med framgång ett tredimensionellt ljudfält med 64 små högtalare.
Fältet, som kallas "akustiskt hologram", håller framgångsrikt polystyrenbollar i luften. Med hjälp av tre olika kombinationer av ljud kunde forskarna få bollarna att hålla sig ihop, stå stilla eller stanna kvar i en bur av ljudvibrationer.
6. Ljud kan släcka eld
Till att börja med vägrade lärare vid George Mason University i Virginia att tro på deras två studenters framgång. Två framtida ingenjörer bestämde sig för att släcka lågan med ljudvågor. Tidigare forskning om denna fråga väckte intresse och önskan att komma med den första ljudsläckaren.
Eftersom de var elektronikingenjörer och programmerare, inte kemister, fick de till att börja med förlora i stället för stöd. Men 23-åriga Seth Robertson och 28-åriga Viet Tran fortsatte fortfarande sina tester, under ledning av en enda professor och ibland med sina egna pengar.
De övergav snabbt musik, eftersom vågorna var för kaotiska för att släcka elden. Huvudtanken med denna metod är att blockera tillgången till elden för att mata den med syre. Detta gjordes när lågfrekventa vibrationer i området 30 till 60 hertz applicerades på elden.
Ljudvibrationer skapar ett ovanligt område med lite syre. Bristen på syre får lågan att slockna. För att skapa en bärbar brandsläckare krävs mycket arbete, du måste testa brandsläckaren på olika typer av bränsle och antändningsformer. Men öppningen öppnar dörren till bättre släckmedel som inte lämnar efter sig gifter som konventionella brandsläckare.
5. Ljudet förändrar smak
Lågfrekventa ljud släcker inte bara bränder. De ger också en bitter smak. I den andra änden av skalan ger deras högfrekventa motsvarigheter lite sötma.
Anledningen till detta är inte helt klart, men många experiment i laboratorier och restauranger har bekräftat att ljud påverkar smaken. Forskarna kallade detta "smakmodulering." Ljud verkar ge bitterhet eller sötma i nästan allt från kaka till kaffe.
Denna ovanliga effekt påverkar inte smaklökarna som sådan. Ljud verkar påverka hur hjärnan uppfattar smakinformation. De höga eller låga tonerna i frekvensen får honom att ägna mer uppmärksamhet åt den söta eller bittera smaken på maten.
Buller kan också påverka aptiten negativt. En studie från 2011 visade att bakgrundsljud kan spela en stor roll. Om det är för högt känner folk mindre salt och sötma och tycker inte om maten. Detta förklarar varför bullriga restauranger kan ha dålig mat och varför flygbolagen har ett dåligt rykte på detta område.
4. Symfonier för data
Mark Ballora växte upp i en musikalisk familj. Senare, under sina doktorander, blev han intresserad av att förvandla information till musik. Han tog upp sonifiering - översättningen av torrdata till ljudvågor.
Under de kommande två decennierna skapade Ballora låtar som innehöll data från flera studier, inklusive energin från en neutronstjärna, kroppstemperaturcyklerna för arktiska ekorrar, solstrålning och tropiska stormar.
Vid skapandet av nästa symfoni blir Ballora först bekant med informationen och ämnet för forskning. Sedan väljer han ljud som matchar studiens nummer och natur.
De virvlande ljuden motsvarar en tropisk storm. Solvinden, inställd på musik, skapade en melodi av "förändringar och flimmer". Även om detta inte har blivit utbredd i den vetenskapliga världen, har sonifieringen fått ett visst erkännande inom astronomi.
Vid det sydafrikanska astronomiska observatoriumet i Kapstaden lyssnar den blinda astrofysiker Wanda Merced på de mottagna uppgifterna. Hon upptäckte att stjärnexplosioner producerar elektromagnetiska vågor när partiklar utbyter energi som ett resultat. Hennes synade kollegor missade det eftersom de bara tittade på graferna.
3. Cocktailparty-effekt
När forskarna beslutade att studera ett fenomen som kallas "cocktail party-effekten", vände de sig till patienter med epilepsi, eftersom de redan hade de nödvändiga föremålen att observera - elektroder runt hjärnan.
Elektroderna utformades för att registrera hjärnaktivitet under anfall, men sju patienter gick med på att delta i cocktailpartystudien. Det ligger i det faktum att en person i en mycket bullrig miljö kan koncentrera sig på en strikt definierad konversation. Forskare ville förstå hur hjärnan fungerar under förhållanden med aktiv brusstörning.
Varje ämne lyssnade på samma inspelning mitt i ljud, utan att förstå talarens tal. De lyssnade sedan på en tydlig version av samma mening, följt av ytterligare en bullrig inspelning. Otroligt, den här gången förstod alla ämnen talaren. Hjärnaktivitet visade att de inte förfalskade det.
Under det första testet (med en förvrängd inspelning) förblev områdena i hjärnan ansvariga för hörsel och tal inaktiva. Men under resten av auditionerna fungerade de. Som det visar sig ligger anledningen till vår förmåga att följa konversationer på ett bullrigt parti i hjärnans otroliga och snabba plasticitet.
Så snart hjärnan kände igen orden, började den reagera annorlunda på den andra förvrängda meningen. Han finjusterade hörsel- och talsystemen, vilket gjorde det möjligt för honom att bestämma talkällan och filtrera bort brus.
2. "Rosa brus"
Bland personer med sömnlöshet är uttrycket "vitt brus" ibland synonymt med en vilsam nattsömn. Hjärnans förmåga att ignorera mindre ljud - som fläktljud - hjälper många att somna. Men flera oberoende studier har visat att det finns något bättre för vilsam sömn - rosa brus. "Vitt brus" är ljud med enhetlig effekt vid alla frekvenser, medan "rosa" är en blandning av ljud där signalstyrkan är omvänt proportionell mot dess frekvens. Ett ljus där samma villkor uppfylls verkar rosa, vilket är vad som gav bruset ett liknande namn.
Trevliga ljud från vinden, raslande löv eller ljudet av regn som dunker på ett tak kan minska hjärnaktiviteten. Som ett resultat blir sömnen djupare och mer vilsam. Kinesiska forskare fann att "rosa brus" lugnar 75% av de frivilliga. När de testade tupplurar fann de att de som sov till rosa brus återhämtade sig 45 procent bättre än andra.
För äldre kan detta vara goda nyheter. Åldrande leder till fragmenterad sömn, som är ansvarig för minnesförlust. En grupp från det amerikanska universitetet testade människor över 60 år gamla och utsatte några av dem under sömnen för "rosa brus". På morgonen utfördes ett minnestest. De som aldrig har utsatts för rosa brus presterade tre gånger sämre.
1. Det finns människor som hatar ljud
För dem som älskar rosa brus eller rockkonserter kan det verka orealistiskt att träffa någon som inte kan njuta av de söta ljuden. De som svettas och lider av hjärtklappning när de hör vissa ljud.
Medan vissa kanske tror att dessa människor låtsas, har forskare i Storbritannien funnit att intolerans mot ljud är en riktig medicinsk diagnos. Denna sjukdom kallas missofoni och är förknippad med hjärnabnormalitet. Personer med detta tillstånd har mindre och svagare frontala lober än alla andra.
Två grupper av människor lyssnade på ljud medan forskare studerade deras hjärnaktivitet. I den första gruppen fanns det missofonier, i den andra - nej. Obehagliga ljud stimulerade hjärnans centrala lob i alla ämnen, oavsett grupp. Detta område av hjärnan ansvarar bland annat för känslor och svar på en utmaning att slåss.
Misofonikens hjärnor reagerade emellertid mer intensivt och gav fysiska symtom på stress som hjärtklappning och svettning. Intressant nog beror den centrala lobens aktivitet direkt på förekomsten av avvikelser i frontalben.
Översatt av Dmitry Oskin
