「音源定位」の版間の差分

{{box|text=　動物は音情報を元に対象物の位置を特定することができ、これは音源定位と呼ばれる。音源定位に関わる情報としては、両耳の間に生じるわずかな時間差や音圧差の他に、耳介による周波数成分の変化などが上げられる。これらの情報は脳幹に存在する種々の神経核によって抽出され、それを上位で統合することによって音源定位が実現される。このような動物行動を実現する神経機構を明らかにする為の研究が哺乳類や鳥類を対象に行われている。}}

　音源定位とは[[聴覚]]入力をもとに外空間における音源の位置を特定することである。つまり求める物体や回避する物体の方向、あるいは注意を向けるべき方向を決定することであり、我々人間を含めた動物にとって重要な能力である。その精度は非常に高く、人間や[[wj:フクロウ|フクロウ]]では角度にして1度程度の僅かな違いを識別できることが知られている。

　[[ヒト]]も含めた多くの哺乳類においては一般に高周波音ではILDを、低周波音ではITDを使っていると考えられている<ref>'''Moore B.C.J. '''<br>An introduction to the psychology of hearing<br>''London Academic'':2004</ref>。これは音の物理的特性とうまく合致している。つまり高周波音は頭部を回折しにくい為に、より大きなILDを生じ易い。一方低周波音は前後する音との時間間隔が長い為に、ITDを検出する際のあいまいさが生じにくい。このような考えは[[二重理論]]duplex theoryと呼ばれ[[wj:ジョン・ウィリアム・ストラット|Rayleigh]](1904)の時代から提言されていた<ref>'''Rayleigh L.'''<br>On our perception of sound direction<br>''Philos. Mag.: 13; 214'' :1907</ref>。

　[[動物]]は主にITDおよびILDの情報を検出することで水平方向の音源定位を行っていると考えられている。他に音源定位に関与する聴覚情報としては、各周波数成分の相対強度や[[耳介]]による変化の程度等が上げられ、特に哺乳類においては上下方向や前後方向の識別に重要だと考えられている <ref>'''Blauert J.'''<br>“Spatial hearing with one sound source” in “Spatial hearing: The psychophysics of human sound localization”<br>''Cambridge, MA: MIT Press'' :1997</ref>。ヒトも含めた動物はそうした様々な音の情報を統合することで音源の位置を特定している。実際に[[wj:純音|純音]]の場合や反響の起こるような環境下では音源定位の精度は落ちる。

　上記の聴覚情報のうちITD検出を実現する神経回路機構としては、[[w:Lloyd A. Jeffress|Lloyd A. Jeffress]]が1948年に当時の心理物理学データを説明する為に提唱した[[Jeffressモデル]]がよく知られている<ref><pubmed>18904764</pubmed></ref>（'''図４'''）。このモデルは一列に並んだ[[同時検出器]]と[[遅延線回路]]（delay line）と呼ばれる配線様式を持った両側からの神経投射で構成される。このような回路構成により、両側からの信号入力が同時刻に到達する[[同時検出器細胞]]の位置がITDに対応して変化することで、ITDは発火する同時検出器の位置として符号化される。

== 哺乳動物 ==

　聴覚情報は[[蝸牛]]の段階で周波数分解され、音の位相に対応したスパイク列として[[聴神経]]により[[脳幹]]の[[蝸牛神経]]核に伝達される。脳幹には様々な聴覚情報処理に関わる神経核が存在し、各神経核においては[[トノトピー]] ([[tonotopy]])と呼ばれる周波数局在性が保持される。

　ITDおよびILDの情報は、[[哺乳類]]では脳幹に存在する[[上オリーブ核群]]（superior olivaly complex: SOC）と呼ばれる部位で最初に抽出される（'''図２'''）。上オリーブ核群は主に[[外側上オリーブ核]] （lateral superior olive: LSO）、[[内側上オリーブ核]]（medial superior olive: MSO）、[[内側台形体核]]（medial nucleus of trapezoid body: MNTB）などから構成される（'''図３'''）。これらの神経核は蝸牛神経核のうち主に[[前腹側蝸牛核]]（anteroventral cochlear nucleus: AVCN）から[[興奮性]]投射を受ける。特に内側台形体核は対側の前腹側蝸牛核から投射を受け、同側の外側上オリーブ核と内側上オリーブ核に[[抑制性]]の出力を送る重要な神経核である。

　哺乳類において始めにITD検出を行う[[神経核]]は内側上オリーブ核である。内側上オリーブ核細胞は内側と外側の両極に分枝した樹状突起をもつ。外側[[樹状突起]]には同側の、内側樹状突起には対側の前腹側蝸牛核からの投射[[軸索]]が[[シナプス]]を形成し細胞体での同時検出が行われる<ref name=grothe2010><pubmed>20664077</pubmed></ref>。

　さらに[[wj:スナネズミ|スナネズミ]]を用いた最近の研究が示すところによると、ITD応答曲線のピークは200-300&micro;秒ほど反対側が先行する方向にずれた位置に集中しているという報告もある<ref><pubmed>12037566</pubmed></ref>（'''図4'''）。つまりスナネズミにおいては遅延線回路が存在しないことが推測され、必ずしもJeffressモデルに合致しない動物も存在するようである。このような動物の内側上オリーブ核においては、生理的な範囲では神経活動とITDが一義的に対応し、多くの内側上オリーブ核細胞は音源の位置が対側へ向かうほど発火確率を上げる。このような所見から、音源の位置による内側上オリーブ核細胞群の発火頻度変化を上位神経核が総合的に判断することでITD検出を行うというモデルも提唱されている<ref name=grothe2010/>。

　ITD、ILDを用いた音源定位について[[wj:メンフクロウ|メンフクロウ]]を用いて特に詳しく調べられている。メンフクロウにおいても左右方向の音源の位置はITDとしてとらえられる。メンフクロウにおいて特異な点は、ITD検出に高周波音も利用することと、[[外耳道]]開口部の高さが左右で異なっており上下方向の音源の位置をILDとして捉え易いことである。メンフクロウはITDとILDの情報を下丘において統合する。

 

　下丘では周波数統合によって各情報の先鋭化が起こることが分かっている。さらに下丘の外側核においてITD情報とILD情報を統合することで、三次元空間の特定の位置に応答する細胞が規則的に配列した構造、つまり聴覚情報を元にした空間マップが形成される。このような神経情報処理を行うことで、メンフクロウは三次元空間での正確な音源の位置を特定でき、暗闇でも聴覚情報を手がかりに獲物を捕らえることができると考えられている<ref><pubmed>14527266</pubmed></ref>。