新传媒网在水下，人类无法确定声音来自何处。声音在水下的传播速度比在陆地上快五倍。这使得定向听力或声音定位几乎不可能，因为人类的大脑通过分析声音到达一只耳朵和另一只耳朵的时间差来确定声音的来源。
相比之下，行为研究表明，鱼类可以定位声源，例如猎物或捕食者。但它们是如何做到的呢?柏林夏里特医学院的神经科学家解决了这个难题，在《自然》杂志上描述了一种小鱼的听觉机制。
这种微小的生物有一个相当响亮的名字：Danionella cerebrum，一种体长约 12 毫米、终生几乎完全透明的鱼，原产于缅甸南部的溪流。Danionella 拥有已知最小的脊椎动物大脑，但它仍表现出许多复杂的行为，包括通过声音交流。这一点，以及科学家可以直接看到其大脑的事实(头部和身体几乎透明)，使它成为大脑研究的有趣对象。
夏里特医学院神经治疗卓越集群的神经生物学家·贾德克维茨 (Benjamin Judkewitz) 教授和他的团队正在利用这种小鱼作为研究神经细胞如何相互交流等基本问题的窗口。
他们最近的研究致力于听觉的发展以及数十年来鱼类如何在水下定位声源这一问题。以前的定向听觉教科书模型在应用于水下环境时就显得不足了。
水上和水下的声学世界
无论是鲸鱼的歌声，还是鸟儿的鸣叫声，又或者是捕食者追捕猎物的声音，当声音从声源发出时，它会以运动和压力振荡的形式传播到周围的介质中。甚至把手放在扬声器的锥体上也能感觉到这种声音。
粒子振动时，相邻的空气会移动——这称为粒子速度。空气被压缩时，粒子密度也会发生变化。这可以用声压来测量。
包括人类在内的陆生脊椎动物主要通过比较声压到达双耳的音量和时间来感知声音的方向。靠近声源的耳朵会听到更大的噪音，而且噪音到达得更快。这种策略在水下不起作用。
声音在那里传播得更快，而且不会被头骨所掩盖。这意味着鱼应该也没有定向听力，因为它们的耳朵之间的音量和到达时间几乎没有差异。然而，在对各种物种的行为研究中，已经观察到了空间听觉。
“为了查明鱼是否能够辨别声音的方向，以及如何辨别，我们制作了特殊的水下扬声器并播放短小而响亮的声音，”本研究的两位第一作者之一约翰内斯·维斯 (Johannes Veith) 解释道。
“然后我们分析了 Danionella 避开扬声器的频率，这意味着它能识别声音的来源方向。”为了进行分析，我们使用摄像机从上方拍摄每条鱼并跟踪其准确位置。这种实时跟踪方法带来了一个关键优势：该团队现在能够集中注意力并抑制回声。
鱼类的听力完全不同
人类通过耳膜感知的是声压，而不是粒子速度。鱼类的听觉机制完全不同：它们也能感知粒子速度。专门设计的激光扫描显微镜在播放声音时以频闪模式扫描鱼耳内部的结构，拍摄了图像，揭示了 Danionella 的这种机制究竟是如何运作的。
在靠近水下扬声器的地方，水粒子沿着朝向和远离扬声器的轴线来回移动。粒子速度沿着声音传播的方向移动。
靠近扬声器的鱼也会随水移动，但由于惯性，内耳中被称为耳石的微小石头移动得较慢。这导致耳朵中的感觉细胞可以检测到微小的运动。问题是，这意味着鱼只能检测到声音移动的轴线，而无法检测到声音来自的方向。这是因为声音是一种振动形式，是一种连续的来回运动。
这个问题可以通过分析粒子速度与当前声压的关系来解决——这是过去试图解释定向听觉机制的各种假设之一。事实证明，这是唯一符合研究人员结果的理论。
“声压使可压缩的鱼鳔运动起来，而内耳的毛细胞又能识别这种运动。通过这个间接的第二个听觉通道，声压为鱼类提供了定向听觉所需的参考。这正是 20 世纪 70 年代的一个空间听觉模型所预测的——现在我们已经通过实验证实了这一点，”Judkewitz 说。
研究小组还证明，通过反转声压可以欺骗定向听觉。这样做之后，鱼会朝相反的方向游动，也就是朝着声源的方向游动。
丹尼奥奈拉的听觉器官的微型 CT 图像显示，它与大约三分之二的现存淡水鱼或大约 15% 的所有脊椎动物的感觉器官相似。这表明，该团队现已证实的定向听觉策略(涉及声 压和粒子速度的综合分析)可能具有广泛的应用。
研究人员计划继续他们的研究，以确定在水下播放声音时具体激活哪些神经细胞。
