V laboratoři se zvuky stávají tajemnými a krásnými. To, co je ve vnějším světě často považováno za samozřejmost, přeměňující se ve zvukové vlny a frekvence, mění vědecké myšlenky.
Zvuky zde mění svou strukturu, odhalují neuvěřitelné vlastnosti a nacházejí se na neočekávaných místech. Zvuk může mít také úžasné účinky na lidský mozek. Dnes vám povíme o deseti zajímavých vědeckých objevech souvisejících se zvukem.
10. Zvuky mohou vysvětlit proces anestezie
Tradičně v medicíně se věří, že nervové buňky „spolu mluví“pomocí elektrických impulsů. Jsou to signální kanály, kterými je příkaz přenášen z mozku do ruky, aby zamával štětcem nebo mazlíčkem kočky. Fyzikům to nezní přesvědčivě. Zákony termodynamiky říkají, že elektrické impulsy musí generovat teplo, ale to není pozorováno v lidském těle. Fyzici navrhli další hypotézu: nervy nepřenášejí elektřinu, ale zvukové vlny. Ne všichni vědci souhlasí, ale mohlo by to vysvětlit dlouhodobé lékařské tajemství.
Anestetika jsou už dlouho, ale stále neexistuje pevné přesvědčení o tom, jak se jim podaří snížit citlivost těla. Nervové buňky mají membrány. K přenosu zvukových zpráv musí mít teplotu odpovídající normální teplotě lidského těla. Je možné, že anestetická léčiva mění intracelulární teplotu, takže membrány nemohou přenášet zvukové vlny obsahující signály bolesti.
Propagační video:
9. Vizuální systém může být spojen se sluchovým
Další experiment s opicemi přiměl každého otevřít ústa. Opice byly trénovány tak, aby se dotýkaly světelného bodu pokaždé, když se objevily na panelu. Když bylo místo jasné, opice to udělaly s lehkostí, když místo bylo nudné, opice začaly mít potíže. Když však byl vzhled slabého místa doprovázen ostrým zvukem, opice se ho dotkly tak rychle, že existovalo pouze jedno vysvětlení - mozek mohl použít zvuk, aby lépe viděl.
To je v rozporu s tradičními představami o nervovém systému. Dříve se předpokládalo, že sluchové a vizuální části mozku nejsou vzájemně propojeny. Cílené pozorování 49 vizuálních neuronů v mozku opic se však ukázalo jinak. Když byl na nejasném místě zvukový signál, neurony se chovaly, jako by oči viděly jasnější světlo, než ve skutečnosti byly. Reakční doba byla tak rychlá, že to mohla vysvětlit pouze přítomnost přímého spojení mezi sluchovou a vizuální částí mozku.
Toto propojení smyslových systémů může vysvětlit zlepšení vidění u hluchých a častou přítomnost akutního sluchu u nevidomých. Oblast mozku, která byla dříve odpovědná za ztracenou vlastnost, je přesměrována do jiné oblasti.
8. Nová metoda analýzy krve
Krevní testy jsou základním kamenem správné diagnózy, ale jsou obtížné. Běžné techniky testování krve mohou trvat dlouho, vzorky mohou být poškozeny a existuje riziko infekce. Laboratoře se obtížně přepravují.
Nedávno se objevila nová metoda, která vše zvrátí. Krev může být nyní testována zvukovými vlnami a získá se rychlý a přesný výsledek. Když vědci chtějí informace o stavu pacienta, honí exosomy. Tito malí poslové vylučovaní buňkami mohou hodně říci o zdraví těla a jeho poruchách.
Nová technika je založena na oddělení buněk, destiček a exosomů pomocí zvukových vibrací při různých frekvencích. Krev je vystavena akustickým vibracím na velmi krátkou dobu, což zabraňuje poškození vzorku.
Použití zvuku pro analýzu krve nabízí skvělé možnosti. Rychlá diagnostika, testy dříve těžko přístupných orgánů, odmítnutí v mnoha případech z dříve požadované biopsie jsou jen některé z výhod. Jednou z nejcennějších vlastností je, že testování lze provádět pomocí přenosné soupravy, kterou lze použít ve všem, od sanitek po izolované vesnice.
7. Reakce na levitaci
Nadšenci letectví se pokusili překonat gravitaci všemi možnými způsoby, od magnetů po lasery. Ukázalo se, že odpověď jsou zvukové vlny. V roce 2014 zjistila skotská univerzita, že by se pravděpodobně mohla použít ke zvedání předmětů.
Zvukové vlny vytvářejí tlak na životní prostředí, v našem případě na vzduch. Tento tlak lze použít k vytvoření levitace. Vědci však nedokázali vytvořit funkční zařízení.
Ukázalo se, že problém je tradiční. K překonání gravitace musí být vlny emitovány v určitém pořadí. Aby byl objekt ve vodorovné stacionární poloze nebo aby se pohyboval v požadovaném směru, je nutné, aby byl tlak ve všech bodech stejný. To vyžaduje velmi složité matematické výpočty.
Jiná skupina vědců nedávno použila speciální software a data od skotských vědců k vytvoření magického vzorku. Našli tři kombinace a dokonce úspěšně vytvořili trojrozměrné zvukové pole pomocí 64 malých reproduktorů.
Pole zvané „akustický hologram“úspěšně udržuje polystyrenové koule ve vzduchu. Pomocí tří různých kombinací zvuku byli vědci schopni přimět koule, aby držely pohromadě, stály nebo zůstaly v kleci zvukových vibrací.
6. Zvuk může uhasit oheň
Nejprve učitelé na George Mason University ve Virginii odmítli věřit v úspěch svých dvou studentů. Dva budoucí inženýři se rozhodli uhasit plamen zvukovými vlnami. Předchozí výzkum v této oblasti vzbudil jejich zájem a touhu přijít s prvním zvukovým hasicím zařízením.
Protože to byli elektroničtí inženýři a programátoři, nikoli chemici, dostávali místo podpory většinou výsměch. Ale 23letý Seth Robertson a 28letý Viet Tran stále pokračovali ve svých testech pod vedením jediného profesora a někdy s vlastními penězi.
Rychle opustili hudbu, protože vlny byly příliš chaotické, aby uhasily oheň. Hlavní myšlenkou této metody je zablokovat přístup k ohni, aby byl napájen kyslíkem. To bylo provedeno, když byly na oheň aplikovány nízkofrekvenční vibrace v rozsahu od 30 do 60 hertzů.
Zvukové vibrace vytvářejí vzácnou oblast s malým množstvím kyslíku. Kvůli nedostatku kyslíku plamen zhasne. Chcete-li vytvořit přenosný hasicí přístroj, je zapotřebí hodně práce, musíte testovat hasicí přístroj na různých druzích paliva a formách zapálení. Otevření však otevírá dveře lepším hasicím prostředkům, která nezanechávají toxiny jako konvenční hasicí přístroje.
5. Chuť zvukových změn
Nízkofrekvenční zvuky nejen uhasí požáry. Také dávají jídlu hořkou chuť. Na druhém konci stupnice přidávají jejich vysokofrekvenční protějšky trochu sladkosti.
Důvod není zcela jasný, ale četné experimenty v laboratořích a restauracích potvrdily, že zvuky ovlivňují chuť. Vědci nazvali tuto „chuťovou modulaci“. Zdá se, že zvuky dodávají hořkost nebo sladkost téměř všem, od koláče po kávu.
Tento neobvyklý účinek neovlivňuje chuťové pohárky jako takové. Zdá se, že zvuky ovlivňují to, jak mozek vnímá informace o chuti. Vysoké nebo nízké tóny frekvence ho nutí věnovat více pozornosti sladké nebo hořké chuti jídla.
Hluk může také negativně ovlivnit chuť k jídlu. Studie z roku 2011 ukázala, že hluk v pozadí může hrát velkou roli. Je-li příliš hlasitý, lidé cítí méně soli a sladkosti a nemají rádi jídlo. To vysvětluje, proč hlučné restaurace mohou mít špatné jídlo a proč mají letecké společnosti v této oblasti špatnou pověst.
4. Symfonie dat
Mark Ballora vyrostl v hudební rodině. Později, během doktorského studia, se začal zajímat o proměnu informací v hudbu. Začal sonifikaci - překlad suchých dat do zvukových vln.
Během následujících dvou desetiletí Ballora vytvořil písně, které obsahovaly data z několika studií, včetně energie neutronové hvězdy, cyklů tělesné teploty arktických veverek, slunečního záření a tropických bouří.
Při vytváření další symfonie se Ballora nejprve seznámí s informacemi a předmětem výzkumu. Poté vybere zvuky, které odpovídají číslům a povaze studie.
Vířící zvuky odpovídají tropické bouři. Sluneční vítr, nastavený na hudbu, vytvořil melodii „změn a blikání“. Přestože se to ve vědeckém světě příliš rozšířilo, sonifikace získala v astronomii určité uznání.
Na jihoafrické astronomické observatoři v Kapském Městě naslouchající data naslouchá slepý astrofyzik Wanda Merced. Objevila, že hvězdné exploze produkují elektromagnetické vlny, když částice v důsledku toho vyměňují energii. Její zrakoví kolegové to postrádali, protože se jen dívali na grafy.
3. Efekt koktejlového večírku
Když se vědci rozhodli studovat jev nazývaný „koktejlový efekt“, obrátili se na pacienty s epilepsií, protože už měli k dispozici objekty, které je třeba pozorovat - elektrody kolem jejich mozku.
Elektrody byly navrženy tak, aby zaznamenávaly mozkovou aktivitu během záchvatů, ale sedm pacientů souhlasilo s účastí na koktejlové studii. Spočívá v tom, že ve velmi hlučném prostředí je člověk schopen soustředit se na přesně definovanou konverzaci. Vědci chtěli pochopit, jak mozek pracuje v podmínkách rušení aktivním šumem.
Každý subjekt poslouchal stejnou nahrávku uprostřed zvuků, neschopných porozumět řečníkovi. Poté poslouchali jasnou verzi stejné věty, po níž následovala další hlučná nahrávka. Je neuvěřitelné, že tentokrát všichni řečníci rozuměli řečníkovi. Mozková aktivita ukázala, že to nedělali.
Během prvního testu (se zkresleným záznamem) zůstaly oblasti mozku odpovědné za sluch a řeč neaktivní. Ale během zbývajících konkurzů to fungovalo. Jak se ukazuje, důvod naší schopnosti sledovat rozhovory na hlučném večírku spočívá v neuvěřitelné a bleskově rychlé plasticitě mozku.
Jakmile mozek slova poznal, začal na druhou zkreslenou větu reagovat jinak. Vyladil zvukové a řečové systémy, což mu umožnilo určit zdroj řeči a odfiltrovat šum.
2. „Růžový šum“
U lidí s nespavostí je termín „bílý šum“někdy synonymem pro klidný noční odpočinek. Schopnost mozku ignorovat menší zvuky - jako hluk ventilátoru - pomáhá mnoha usínat. Několik nezávislých studií však ukázalo, že pro klidný spánek je něco lepšího - růžový šum. „Bílý šum“je zvuk s rovnoměrným výkonem na všech frekvencích, zatímco „růžový“je směs zvuků, ve kterých je síla signálu nepřímo úměrná jeho frekvenci. Světlo, ve kterém jsou splněny stejné podmínky, se zdá růžové, což je název, který dal šumu podobné jméno.
Příjemné zvuky větru, šustění listů nebo zvuk deště na střeše mohou snížit mozkovou aktivitu. Výsledkem je, že spánek se prohlubuje a uklidňuje. Čínští vědci zjistili, že „růžový šum“vylučuje 75% dobrovolníků. Když testovali zdřímnutí, zjistili, že ti, kdo spali na růžovém hluku, získali o 45 procent lépe než ostatní.
Pro seniory to může být dobrá zpráva. Stárnutí vede k fragmentárnímu spánku, který je zodpovědný za ztrátu paměti. Skupina z americké univerzity testovala lidi starší 60 let a některé z nich během spánku vystavovala „růžovému hluku“. Ráno byl proveden test paměti. Ti, kteří nikdy nebyli vystaveni růžovému hluku, hráli třikrát horší.
1. Existují lidé, kteří nenávidí zvuk
Pro ty, kteří milují růžový hluk nebo rockové koncerty, se může zdát nerealistické setkat se s někým, kdo si sladké zvuky nemůže užít. Ti, kteří se potí a trpí bušení srdce, když slyší určité zvuky.
Zatímco někteří si mohou myslet, že tito lidé předstírají, vědci ve Velké Británii zjistili, že nesnášenlivost zvuku je skutečnou lékařskou diagnózou. Toto onemocnění se nazývá misofonie a je spojeno s abnormalitou mozku. Lidé s tímto stavem mají menší a slabší přední laloky než všichni ostatní.
Dvě skupiny lidí poslouchaly zvuky, zatímco vědci studovali jejich mozkovou aktivitu. V první skupině byli trpící misofonií, ve druhé - ne. Nepříjemné zvuky stimulovaly centrální lalok mozku u všech subjektů, bez ohledu na skupinu. Tato oblast mozku je mimo jiné odpovědná za emoce a reakce na výzvu k boji.
Mozky misofoniky však reagovaly intenzivněji a vyvolaly fyzické příznaky stresu, jako jsou bušení srdce a pocení. Zajímavé je, že činnost centrálního laloku přímo závisí na přítomnosti anomálií v čelním laloku.
Přeložil Dmitrij Oskin