Im Labor werden Klänge geheimnisvoll und schön. Was in der Außenwelt oft als selbstverständlich angesehen wird und sich in Schallwellen und Frequenzen verwandelt, verändert die wissenschaftlichen Vorstellungen.
Hier verändern Klänge ihre Struktur, enthüllen unglaubliche Eigenschaften und sind an unerwarteten Orten zu finden. Schall kann auch erstaunliche Auswirkungen auf das menschliche Gehirn haben. Heute erzählen wir Ihnen von zehn interessanten wissenschaftlichen Entdeckungen im Zusammenhang mit Klang.
10. Geräusche können den Anästhesieprozess erklären
Traditionell wird in der Medizin angenommen, dass Nervenzellen mithilfe elektrischer Impulse miteinander "sprechen". Sie sind Signalkanäle, über die der Befehl vom Gehirn an die Hand übertragen wird, um eine Bürste zu winken oder die Katze zu streicheln. Das klingt für Physiker nicht überzeugend. Die Gesetze der Thermodynamik besagen, dass elektrische Impulse Wärme erzeugen müssen, dies wird jedoch im menschlichen Körper nicht beobachtet. Physiker haben eine andere Hypothese vorgeschlagen: Nerven übertragen keine Elektrizität, sondern Schallwellen. Nicht alle Wissenschaftler sind sich einig, aber es könnte ein langjähriges medizinisches Rätsel erklären.
Anästhetika gibt es schon seit langer Zeit, aber es gibt immer noch keine feste Überzeugung, wie sie es schaffen, die Empfindlichkeit des Körpers zu verringern. Nervenzellen haben Membranen. Um Audio-Nachrichten zu übertragen, müssen sie eine Temperatur haben, die der normalen Temperatur des menschlichen Körpers entspricht. Es ist möglich, dass Anästhetika die intrazelluläre Temperatur verändern und die Membranen nicht in der Lage sind, Schallwellen mit Schmerzsignalen zu übertragen.
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9. Das visuelle System kann dem Gehör zugeordnet werden
Ein weiteres Experiment mit Affen brachte alle dazu, den Mund zu öffnen. Die Affen wurden darauf trainiert, den Lichtpunkt jedes Mal zu berühren, wenn er auf der Tafel erschien. Wenn der Fleck hell war, taten es die Affen mit Leichtigkeit, und wenn der Fleck stumpf war, begannen die Affen Schwierigkeiten zu bekommen. Als das Auftreten des schwachen Flecks jedoch von einem scharfen Geräusch begleitet wurde, berührten die Affen es so schnell, dass es nur eine Erklärung gab - das Gehirn konnte das Geräusch verwenden, um besser zu sehen.
Dies steht im Widerspruch zu traditionellen Vorstellungen über das Nervensystem. Früher dachte man, dass die auditorischen und visuellen Teile des Gehirns nicht miteinander verbunden waren. Die gezielte Beobachtung von 49 visuellen Neuronen im Affengehirn bewies jedoch etwas anderes. Bei Vorhandensein eines Tonsignals am dunklen Punkt verhielten sich die Neuronen so, als würden die Augen helleres Licht sehen als sie tatsächlich waren. Die Reaktionszeit war so schnell, dass nur das Vorhandensein einer direkten Verbindung zwischen dem auditorischen und dem visuellen Teil des Gehirns dies erklären konnte.
Diese Verbindung sensorischer Systeme kann die Verbesserung des Sehvermögens bei Gehörlosen und das häufige Vorhandensein von akutem Hören bei Blinden erklären. Ein Bereich des Gehirns, der zuvor für den Verlust von Eigentum verantwortlich war, wird auf einen anderen Bereich ausgerichtet.
8. Neue Methode der Blutanalyse
Blutuntersuchungen sind der Grundstein für eine korrekte Diagnose, aber sie sind schwierig. Gängige Blutuntersuchungsverfahren können lange dauern, Proben können beschädigt werden und es besteht das Risiko einer Infektion. Laboratorien sind schwer zu transportieren.
Kürzlich wurde eine neue Methode entwickelt, die all dies umkehrt. Blut kann jetzt mit Schallwellen getestet werden und es wird ein schnelles und genaues Ergebnis erzielt. Wenn Wissenschaftler Informationen über den Zustand eines Patienten wünschen, suchen sie nach Exosomen. Diese winzigen Botenstoffe, die von Zellen abgesondert werden, können viel über die Gesundheit des Körpers und seine Störungen erzählen.
Die neue Technik basiert auf der Trennung von Zellen, Blutplättchen und Exosomen unter Verwendung von Schallschwingungen bei verschiedenen Frequenzen. Das Blut ist für sehr kurze Zeit akustischen Vibrationen ausgesetzt, wodurch eine Beschädigung der Probe verhindert wird.
Die Verwendung von Schall für die Blutanalyse bietet große Möglichkeiten. Schnelle Diagnose, Tests bisher schwer zugänglicher Organe, in vielen Fällen die Ablehnung einer zuvor erforderlichen Biopsie sind nur einige der Vorteile. Eine der wertvollsten Funktionen besteht darin, dass die Analysen mit einem tragbaren Kit durchgeführt werden können, das von Krankenwagen bis zu isolierten Dörfern verwendet werden kann.
7. Reaktion auf Levitation
Luftfahrtbegeisterte haben versucht, die Schwerkraft auf jede erdenkliche Weise zu überwinden, von Magneten bis zu Lasern. Es stellt sich heraus, dass die Antwort Schallwellen sind. 2014 entdeckte die University of Scotland, dass sie wahrscheinlich zum Heben von Objekten verwendet werden können.
Schallwellen üben Druck auf die Umwelt aus, in unserem Fall auf die Luft. Dieser Druck kann verwendet werden, um eine Levitation zu erzeugen. Wissenschaftler konnten jedoch kein funktionierendes Gerät erstellen.
Das Problem stellte sich als traditionell heraus. Um die Schwerkraft zu überwinden, müssen Wellen in einer bestimmten Reihenfolge ausgesendet werden. Um ein Objekt in einer horizontalen stationären Position zu halten oder in die gewünschte Richtung zu bewegen, muss der Druck auf alle Punkte gleich sein. Dies erfordert äußerst komplexe mathematische Berechnungen.
Kürzlich verwendete eine andere Gruppe von Wissenschaftlern spezielle Software und Daten von schottischen Forschern, um ein magisches Exemplar zu erstellen. Sie fanden drei Kombinationen und erzeugten sogar erfolgreich ein dreidimensionales Schallfeld mit 64 winzigen Lautsprechern.
Das Feld, "akustisches Hologramm" genannt, hält erfolgreich Styroporkugeln in der Luft. Mithilfe von drei verschiedenen Klangkombinationen konnten die Forscher die Kugeln zusammenkleben lassen, stillstehen oder in einem Käfig mit Schallschwingungen bleiben.
6. Schall kann Feuer löschen
Zunächst weigerten sich Lehrer an der George Mason University in Virginia, an den Erfolg ihrer beiden Schüler zu glauben. Zwei zukünftige Ingenieure beschlossen, die Flamme mit Schallwellen zu löschen. Frühere Forschungen zu diesem Thema haben ihr Interesse und ihren Wunsch geweckt, den ersten Schalllöscher zu entwickeln.
Da sie Elektronikingenieure und Programmierer waren, keine Chemiker, wurden sie zunächst meistens lächerlich gemacht, anstatt unterstützt zu werden. Der 23-jährige Seth Robertson und der 28-jährige Viet Tran setzten ihre Tests jedoch unter Anleitung eines einzelnen Professors und manchmal mit eigenem Geld fort.
Sie gaben die Musik schnell auf, da die Wellen zu chaotisch waren, um das Feuer zu löschen. Die Hauptidee dieser Methode besteht darin, den Zugang zum Feuer zu blockieren, um es mit Sauerstoff zu versorgen. Dies geschah, wenn niederfrequente Schwingungen im Bereich von 30 bis 60 Hertz auf das Feuer ausgeübt wurden.
Schallschwingungen erzeugen einen verdünnten Bereich mit wenig Sauerstoff. Der Sauerstoffmangel lässt die Flamme erlöschen. Um einen tragbaren Feuerlöscher herzustellen, ist viel Arbeit erforderlich. Sie müssen den Feuerlöscher auf verschiedene Arten von Kraftstoff und Zündformen testen. Die Öffnung öffnet jedoch die Tür zu besseren Löschmedien, die keine Giftstoffe wie herkömmliche Feuerlöscher hinterlassen.
5. Klang verändert den Geschmack
Niederfrequenzgeräusche löschen nicht nur Brände. Sie geben dem Essen auch einen bitteren Geschmack. Am anderen Ende der Skala sorgen ihre hochfrequenten Gegenstücke für etwas Süße.
Der Grund dafür ist nicht ganz klar, aber zahlreiche Experimente in Labors und Restaurants haben bestätigt, dass Geräusche den Geschmack beeinflussen. Die Forscher nannten dies "Geschmacksmodulation". Klänge scheinen fast allem, vom Kuchen bis zum Kaffee, Bitterkeit oder Süße zu verleihen.
Dieser ungewöhnliche Effekt wirkt sich nicht auf die Geschmacksknospen als solche aus. Klänge scheinen zu beeinflussen, wie das Gehirn Geschmacksinformationen wahrnimmt. Die hohen oder niedrigen Töne der Frequenz lassen ihn dem süßen oder bitteren Geschmack des Essens mehr Aufmerksamkeit schenken.
Lärm kann auch den Appetit negativ beeinflussen. Eine Studie aus dem Jahr 2011 hat gezeigt, dass Hintergrundgeräusche eine große Rolle spielen können. Wenn es zu laut ist, fühlen die Menschen weniger Salz und Süße und genießen ihr Essen nicht. Dies erklärt, warum laute Restaurants schlechtes Essen haben können und warum Fluggesellschaften in dieser Gegend einen schlechten Ruf haben.
4. Symphonien von Daten
Mark Ballora wuchs in einer musikalischen Familie auf. Später, während seiner Promotion, interessierte er sich dafür, Informationen in Musik umzuwandeln. Er nahm die Beschallung auf - die Übersetzung trockener Daten in Schallwellen.
In den nächsten zwei Jahrzehnten schuf Ballora Songs, die Daten aus mehreren Studien enthielten, darunter die Energie eines Neutronensterns, die Körpertemperaturzyklen arktischer Eichhörnchen, Sonnenstrahlung und tropische Stürme.
Bei der Erstellung der nächsten Symphonie lernt Ballora zunächst die Informationen und das Thema der Forschung kennen. Dann wählt er Geräusche aus, die den Zahlen und der Art der Studie entsprechen.
Die wirbelnden Geräusche entsprechen einem tropischen Sturm. Der vertonte Sonnenwind erzeugte eine Melodie von "Veränderungen und Flackern". Obwohl dies in der wissenschaftlichen Welt nicht weit verbreitet ist, hat die Beschallung in der Astronomie eine gewisse Anerkennung erhalten.
Am südafrikanischen Astronomischen Observatorium in Kapstadt hört die blinde Astrophysikerin Wanda Merced auf die erhaltenen Daten. Sie entdeckte, dass Sternexplosionen elektromagnetische Wellen erzeugen, wenn Partikel dadurch Energie austauschen. Ihre sehenden Kollegen haben es verpasst, weil sie nur die Grafiken angesehen haben.
3. Cocktailparty-Effekt
Als die Forscher beschlossen, ein Phänomen namens "Cocktailparty-Effekt" zu untersuchen, wandten sie sich an Patienten mit Epilepsie, da sie bereits die notwendigen Objekte zur Beobachtung hatten - Elektroden um ihr Gehirn.
Die Elektroden wurden entwickelt, um die Gehirnaktivität während Anfällen aufzuzeichnen, aber sieben Patienten stimmten der Teilnahme an der Cocktailparty-Studie zu. Es liegt in der Tatsache, dass sich eine Person in einer sehr lauten Umgebung auf ein genau definiertes Gespräch konzentrieren kann. Wissenschaftler wollten verstehen, wie das Gehirn unter Bedingungen aktiver Lärmstörungen funktioniert.
Jedes Subjekt hörte dieselbe Aufnahme inmitten von Geräuschen und konnte die Sprache des Sprechers nicht verstehen. Sie hörten sich dann eine klare Version desselben Satzes an, gefolgt von einer weiteren lauten Aufnahme. Unglaublich, diesmal haben alle Probanden den Sprecher verstanden. Die Gehirnaktivität zeigte, dass sie es nicht vortäuschten.
Während des ersten Tests (mit einer verzerrten Aufzeichnung) blieben die für das Hören und Sprechen verantwortlichen Bereiche des Gehirns inaktiv. Aber während der restlichen Auditions haben sie gearbeitet. Wie sich herausstellt, liegt der Grund für unsere Fähigkeit, Gespräche auf einer lauten Party zu verfolgen, in der unglaublichen und blitzschnellen Plastizität des Gehirns.
Sobald das Gehirn die Wörter erkannte, reagierte es anders auf den zweiten verzerrten Satz. Er verfeinerte das Hör- und Sprachsystem, wodurch er die Sprachquelle bestimmen und Geräusche herausfiltern konnte.
2. "Rosa Rauschen"
Bei Menschen mit Schlaflosigkeit ist der Begriff "weißes Rauschen" manchmal gleichbedeutend mit einer erholsamen Nachtruhe. Die Fähigkeit des Gehirns, kleinere Geräusche - wie Lüftergeräusche - zu ignorieren, hilft vielen beim Einschlafen. Mehrere unabhängige Studien haben jedoch gezeigt, dass es etwas Besseres für einen erholsamen Schlaf gibt - rosa Rauschen. "Weißes Rauschen" ist ein Ton mit gleichmäßiger Leistung bei allen Frequenzen, während "Rosa" eine Mischung von Tönen ist, bei denen die Signalstärke umgekehrt proportional zu ihrer Frequenz ist. Ein Licht, bei dem die gleichen Bedingungen erfüllt sind, erscheint rosa, was dem Geräusch einen ähnlichen Namen gab.
Angenehme Geräusche des Windes, raschelnde Blätter oder das Geräusch von Regen auf einem Dach können die Gehirnaktivität verringern. Dadurch wird der Schlaf tiefer und erholsamer. Chinesische Forscher fanden heraus, dass 75% der Freiwilligen durch "rosa Rauschen" beruhigt werden. Als sie Nickerchen testeten, stellten sie fest, dass sich diejenigen, die vor rosa Lärm schliefen, um 45 Prozent besser erholten als andere.
Für Senioren kann dies eine gute Nachricht sein. Altern führt zu fragmentarischem Schlaf, der für Gedächtnisverlust verantwortlich ist. Eine Gruppe der American University testete Menschen über 60 Jahre und setzte einige von ihnen im Schlaf "rosa Rauschen" aus. Am Morgen wurde ein Gedächtnistest durchgeführt. Diejenigen, die noch nie rosa Rauschen ausgesetzt waren, schnitten dreimal schlechter ab.
1. Es gibt Leute, die Geräusche hassen
Für diejenigen, die Pink Noise oder Rockkonzerte lieben, mag es unrealistisch erscheinen, jemanden zu treffen, der die süßen Klänge nicht genießen kann. Diejenigen, die schwitzen und unter Herzklopfen leiden, wenn sie bestimmte Geräusche hören.
Während einige vielleicht denken, dass diese Leute so tun, als ob sie es tun, haben Wissenschaftler in Großbritannien herausgefunden, dass Schallunverträglichkeit eine echte medizinische Diagnose ist. Diese Krankheit wird als Misophonie bezeichnet und ist mit einer Gehirnanomalie verbunden. Menschen mit dieser Erkrankung haben kleinere und schwächere Frontallappen als alle anderen.
Zwei Gruppen von Menschen hörten Geräusche, während Wissenschaftler ihre Gehirnaktivität untersuchten. In der ersten Gruppe gab es Misophoniekranke, in der zweiten - nein. Unangenehme Geräusche stimulierten den zentralen Hirnlappen bei allen Probanden, unabhängig von der Gruppe. Dieser Bereich des Gehirns ist unter anderem für Emotionen und Reaktionen auf eine Herausforderung im Kampf verantwortlich.
Das Gehirn der Misophoniker reagierte jedoch intensiver und erzeugte körperliche Stresssymptome wie Herzklopfen und Schwitzen. Interessanterweise hängt die Aktivität des Zentrallappens direkt vom Vorhandensein von Anomalien im Frontallappen ab.
Übersetzt von Dmitry Oskin
