Для нас, людей, вести разговор в переполненном помещении довольно сложно, типичный пример — разговор в ночном клубе. Смесь звуков, поступающих в наши барабанные перепонки, необходимо проанализировать, чтобы понять, кто и откуда их издает, а это далеко не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Нейронные вычисления, участвующие в этом процессе, очень сложны и легко нарушаются. Даже относительно небольшое нарушение слуха, почти не обнаруживаемое стандартными клиническими тестами, приводит к заметным дефектам в способности различать голоса. Для многих видов лягушек звуковое пространство так же высоконагружено, как и у нас в ночных клубах. Когда самцы издают звуки в целях коммуникации или чтобы заинтересовать самок, они разделяют пространство с тысячами других особей — как своего, так и других видов — каждая из которых тоже издает звуки, стараясь привлечь к себе внимание. В этой какофонии самки лягушек должны сделать важный выбор — найти подходящего самца для спаривания, основываясь на качестве его «сладкого голоса». Из этой статьи вы узнаете, какое простое, но элегантное решение этой проблемы выработали лягушки. Оказывается, древесная лягушка использует свои легкие в качестве простого фильтра для подавления шума, параллельно усиливая слышимость специфических для своего вида звуков и подавляя звуки, издаваемые представителями других видов. Барабанные перепонки лягушки У лягушек есть две барабанные перепонки, очень похожие на наши. Их основная функция заключается в том, чтобы принимать звуки. Но у лягушек эти перепонки могут акустически взаимодействовать между собой через ротовую полость. Это позволяет звуку достигать обеих сторон барабанной перепонки и делает ухо сквозным для него. Однако звук также может проникать в ротовую полость из собственных легких лягушки. Когда самка лягушки слушает звуки, ее легкие резонируют в определенном диапазоне частот в зависимости от их объема. Эти звуки эффективно передаются через глоттис — отверстие между голосовыми связками — в ротовую полость. Подобная передача звука из легких в барабанные перепонки была обнаружена у нескольких видов лягушек, но до сих пор оставалась загадкой. Частоты звуков у всех изученных на сегодняшний день видов не совпадали с частотным диапазоном резонанса легких, поэтому функциональное значение передачи звука из легких в уши было неясно. Ученые измерили передачу звука через барабанные перепонки и легкие у самок зеленой древесной лягушки с помощью лазерной виброметрии — метода измерения вибрации легких и барабанной перепонки и локальной звуковой стимуляции. Это позволило им отличить одни звуковые компоненты от других. Измерения показали, что звуковой компонент из легких уменьшает движение барабанной перепонки — и, следовательно, чувствительность — в том диапазоне частот, где легкие наиболее чувствительны. У зеленой древесной лягушки и многих других видов этот диапазон находится за пределами частот, которые способны издавать особи их видов. Это означает, что легочный вход предотвращает попадание «нежелательных» звуков в ухо, подобно тому, как наушники с шумоподавлением заглушают фоновые шумы, генерируя звуковые волны вне фазы с внешними шумами. Эта фильтрация обусловлена исключительно пассивной акустикой, поэтому она не требует никакой нейронной обработки. Окружающий шум Затем ученые исследовали окружающий шум, производимый другими видами лягушек, чтобы определить причину фильтрации звука. Здесь была использована обширная база данных исследований лягушек в США, собранная добровольцами. В ходе исследований было обнаружено 42 других вида лягушек, обитающих в тех же водоемах, что и зеленая древесная лягушка, и все они издают звуки в одно и то же время суток. Когда ученые изучили частоту звука каждого из этих видов лягушек, они обнаружили, что звуки двух наиболее распространенных видов совпадают с частотой шума, издаваемого древесной лягушкой. Это означает, что древесные лягушки больше всего гасят именно эти конкурирующие звуки, поэтому зеленая древесная лягушка слышит представителей своего вида гораздо четче. Таким образом, они пришли к выводу, что древесная лягушка использует свои легкие для фильтрации фонового шума. Она подавляет ненужные звуки и усиливает приоритетные. Это решение выработано путем кооптации существующих структур — легких и ротовой полости — в ходе эволюционного развития. Ученые пока не выяснили, насколько универсален этот механизм, но они наблюдали подобное несоответствие между резонансной частотой легких и частотой звука у нескольких других видов и предполагают, что они тоже могут использовать подобный механизм. По материалам статьи «This frog’s lungs act like noise cancelling headphones» The Conversation