Hvorfor er harde lyder så uutholdelige for den menneskelige hjernen?

Støyende lyder – som bilalarmer, lydene fra en byggeplass, eller til og med menneskeskrik – er svært vanskelig om ikke umulig å ignorere, hovedsakelig fordi de er ubehagelige.

Hva skjer i hjernen vår når vi hører slike lyder, og hvorfor finner vi dem så uutholdelige?

Dette er spørsmålene et team av forskere fra universitetet i Genève og universitetssykehusene i Genève i Sveits har forsøkt å svare på i en fersk studie.

Hvorfor er denne saken viktig i utgangspunktet? I studieoppgaven deres, som vises i journalen Nature Communications , forklarer forskerne at det henger sammen med aspekter ved kommunikasjon.

«Et første og fremste formål med kommunikasjon er å fange oppmerksomheten til slektninger [individer av samme art],» skriver forskerne, «en prosess som kan optimaliseres ved å tilpasse signalstyrken for å maksimere mottakerens sansemotoriske responser. "

I nevrovitenskap er fremtredende kvalitet den egenskapen som skiller noe fra gjenstander av samme type. "For å forsterke sensorisk fremtreden og sikre effektive reaksjoner på mottakerens ende, er en generisk strategi å øke signalintensiteten, for eksempel ved å skrike eller rope," bemerker forfatterne i studieoppgaven deres.

"Signalstørrelse er imidlertid ikke den eneste parameteren som endres når vi øker vokallydnivået. En annen viktig ny funksjon er ruhet, en akustisk tekstur som oppstår fra raske repeterende akustiske transienter,” legger de til.

Så i sin studie etablerte forskerne først rekkevidden av lyder som er "grove" og ubehagelige for den menneskelige hjernen. De så på hjerneområdene som disse lydene aktiverer.

Når blir støy «utålelig»?

Forskerne rekrutterte 27 friske deltakere i alderen 20–37 år. Av disse deltakerne var 15 kvinner og 12 menn. Forskerne jobbet med ulike grupper av disse deltakerne for forskjellige eksperimenter.

For noen av disse eksperimentene spilte forskerne deltakerne repeterende lyder med frekvenser mellom 0 og 250 hertz (Hz). De spilte også disse lydene med stadig kortere intervaller for å finne ut hvor noen av disse lydene ble ubehagelige.

«Vi […] spurte deltakerne når de oppfattet lydene som grove (forskjellig fra hverandre) og når de oppfattet dem som jevne (som danner én kontinuerlig og enkelt lyd),» forklarer forsker Luc Arnal i et intervju med Science Daily.

Teamet fant at den øvre grensen for lydruhet oppstår når stimulansen når omtrent 130 Hz. "Over denne grensen høres frekvensene som bare danner én kontinuerlig lyd," forklarer Arnal.

For å forstå nøyaktig når grove lyder blir ubehagelige, ba forskerne også deltakerne – mens de lyttet til lyder med forskjellige frekvenser – om å rangere lydene på en skala fra 1 til 5, med 5 som betyr "uutholdelig."

«Lydene som ble ansett som utålelige var hovedsakelig mellom 40 og 80 Hz, dvs. i frekvensområdet som brukes av alarmer og menneskeskrik, inkludert de fra en baby,» bemerker Arnal.

Disse ubehagelige lydene er de som mennesker kan oppfatte på avstand - de som virkelig fanger oppmerksomheten vår. "Det er grunnen til at alarmer bruker disse raske repeterende frekvensene for å maksimere sjansene for at de blir oppdaget og få oppmerksomhet," legger Arnal til.

Når de auditive stimuli gjentas oftere enn hvert 25. millisekund eller så, forklarer forskerne, blir den menneskelige hjernen ute av stand til å forutse de forskjellige stimuli og oppfatter dem som en kontinuerlig støy som den ikke kan ignorere.

Harve lyder utløser aversjonsområder i hjernen

Da forskerne overvåket hjerneaktivitet for å finne ut nøyaktig hvorfor hjernen finner disse grove lydene så uutholdelige, fant de noe de ikke hadde forventet.

"Vi brukte et intrakranielt [elektroencefalogram], som registrerer hjerneaktivitet inne i selve hjernen som respons på lyder," forklarer medforfatter av studien Pierre Mégevand.

Forskerne overvåket hjerneaktivitet når deltakerne hørte lyder som overskred den øvre grensen for grovhet (over 130 Hz) og når de hørte lyder innenfor grensen som de hadde vurdert som spesielt ubehagelige (mellom 40 og 80 Hz).

I den førstnevnte tilstanden så forskerne at bare den auditive cortex i øvre temporallapp – som «er den konvensjonelle kretsen for hørsel», som Mégevand observerer – ble aktiv.

Men da deltakerne hørte lyder i området 40–80 Hz, ble andre hjerneområder også aktive, til forskernes overraskelse.

"Disse lydene oppfordrer til amygdala, hippocampus og insula, spesielt alle områder relatert til fremtredende, aversjon og smerte. Dette forklarer hvorfor deltakerne opplevde dem som uutholdelige.»

– Luc Arnal

"Vi forstår nå endelig hvorfor hjernen ikke kan ignorere disse lydene. Det skjer noe spesielt ved disse frekvensene, og det er også mange sykdommer som viser atypiske hjernereaksjoner på lyder ved 40 Hz. Disse inkluderer Alzheimers, autisme og schizofreni, sier Arnal.

Fremover planlegger forskerne å foreta mer detaljert forskning på hjernenettverkene som reagerer på harde lyder. De håper å finne ut om det er mulig å oppdage visse nevrologiske tilstander ganske enkelt ved å overvåke hjerneaktivitet som respons på bestemte lyder.