Importância do tempo na audição
Quando as ondas sonoras chegam ao ouvido interno, os neurônios captam as vibrações e alertam o cérebro. Codificadas em seus sinais, há uma riqueza de informações que nos permite seguir conversas, reconhecer vozes familiares, apreciar música e localizar rapidamente um telefone tocando ou um bebê chorando.
Precisão nas sinapses neurais
Os neurônios enviam sinais emitindo picos — mudanças breves na tensão que se propagam ao longo das fibras nervosas, também conhecidas como potenciais de ação. Notavelmente, os neurônios auditivos podem disparar centenas de picos por segundo e cronometrar seus picos com precisão para corresponder às oscilações das ondas sonoras recebidas.
Pesquisas do MIT
Com novos modelos de audição humana, cientistas do Instituto McGovern para Pesquisa Cerebral do MIT determinaram que essa precisão temporal é vital para algumas das maneiras mais importantes de interpretarmos informações auditivas, incluindo o reconhecimento de vozes e a localização de sons.
Os achados, relatados em 4 de dezembro na revista Nature Communications, mostram como o aprendizado de máquina pode ajudar os neurocientistas a entender como o cérebro utiliza a informação auditiva no mundo real. O professor do MIT e investigador do McGovern, Josh McDermott, que liderou a pesquisa, explica que os modelos de sua equipe melhoram a capacidade dos pesquisadores de estudar as consequências de diferentes tipos de deficiência auditiva e desenvolver intervenções mais eficazes.
A ciência do som
Os sinais auditivos do sistema nervoso são cronometrados com tanta precisão que os pesquisadores há muito suspeitam que o tempo é importante para nossa percepção do som. As ondas sonoras oscilam em taxas que determinam seu tom: sons de baixa frequência viajam em ondas lentas, enquanto os sons agudos oscilam mais frequentemente. O nervo auditivo, que transmite informações das células ciliadas detectadoras de som no ouvido para o cérebro, gera picos elétricos que correspondem à frequência dessas oscilações.
Essa relação, conhecida como fase de bloqueio, requer que os neurônios cronometrem seus picos com precisão de submilissegundos. No entanto, os cientistas não sabiam realmente quão informativas essas padrões temporais são para o cérebro. Além de ser cientificamente intrigante, diz McDermott, a questão tem importantes implicações clínicas.
Ouvido artificial
Para entender melhor o cérebro, Saddler e McDermott desafiaram um modelo auditivo a realizar tarefas que as pessoas usam sua audição no mundo real, como reconhecer palavras e vozes. Isso significava desenvolver uma rede neural artificial para simular as partes do cérebro que recebem entrada do ouvido.
Os pesquisadores mostraram que seu modelo replicou bem a audição humana — melhor que qualquer modelo anterior de comportamento auditivo. Em um teste, a rede neural artificial foi solicitada a reconhecer palavras e vozes em dezenas de tipos de ruído de fundo, desde o zumbido de uma cabine de avião até aplausos entusiasmados. Sob todas as condições, o modelo se comportou de maneira muito semelhante aos humanos.
Quando a equipe degradou o tempo dos picos no ouvido simulado, no entanto, seu modelo não pôde mais igualar a capacidade humana de reconhecer vozes ou identificar a localização dos sons. Isso sugere que o cérebro utiliza sinais auditivos cronometrados com precisão porque eles auxiliam nesses aspectos práticos da audição.
Avanços para próteses auditivas
Agora que dispomos desses modelos que vinculam respostas neurais no ouvido ao comportamento auditivo, podemos explorar como diferentes tipos de perda auditiva afetam nossas habilidades auditivas. Isso ajudará a diagnosticar melhor a perda auditiva e também poderá ser estendido para ajudar a projetar melhores aparelhos auditivos ou implantes cocleares.
