Mówienie do płodu w brzuchu ma sens. Naukowcy wykryli, że jest bardzo istotne dla rozwoju dziecka

W około 20 tygodniu ciąży płody zaczynają słyszeć dzięki. Jednak za sprawą płynu owodniowego i otaczających macicę tkanek są one mocno zagłuszone, sprowadzając dźwięki do niewyraźnych bodźców o niskiej częstotliwości. Jak dowodzą naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT), bodźce dźwiękowe - nawet w tak ograniczonej formie -pozytywnie wpływają na rozwój słuchu u płodu.

Wyniki najnowszego badania przeprowadzonego przez MIT sugerują, że ekspozycja płodu w brzuchu matki na bodźce dźwiękowe - nawet te najcichsze i najbardziej niewyraźne, korzystnie wpływa na rozwój słuchu i potencjalnie może być niezbędna dla prawidłowego rozwoju. Korzystając z prostych modeli komputerowych ludzkiego przetwarzania słuchowego, naukowcy wykazali, że początkowe ograniczenie sygnału wejściowego do dźwięków o niskiej częstotliwości, gdy modele uczyły się wykonywać określone zadania, przyczyniło się do poprawy ich wydajności.

W badaniu, którego wyniki zostały opublikowane w maju, amerykańscy naukowcy wykazali, że ekspozycja komputerowego modelu imitującego ludzki układ słuchowy na wysokiej jakości dźwięki w ich pełnej częstotliwości prowadziło do ogólnego pogorszenia się wydajności modelu. Było ono szczególnie widoczne w zadaniach, które wymagały analizowania informacji przez dłuższy okres czasu, np. identyfikacja emocji z głosu w nagraniu dźwiękowym. Biorąc pod uwagę to odkrycie, zespół badawczy z Massachusetts Institute of Technology sugeruje, że tzw. wcześniaki znajdujące się na oddziałach intensywnej terapii dla noworodków będą rozwijać się lepiej jeżeli podczas pobytu w szpitalu będą słuchać dźwięków o niskiej częstotliwości, imitujące to, co normalnie słyszałyby w łonie matki.

Już w 2018 roku ten sam zespół naukowców pod przewodnictwem profesora Pawana Sinha zbadał wpływ niewyraźnych i wyraźnych bodźców wizualnych na modele komputerowe imitujące układ wzrokowy człowieka.

Kilka lat temu Sinha i jego koledzy zainteresowali się zbadaniem wpływu niskiej jakości bodźców sensorycznych na dalszy rozwój mózgu. Pomysł pojawił się (między innymi) po tym, jak naukowcy mieli okazję poznać i zbadać młodego chłopca, który urodził się z zaćmą, a którą usunięto mu dopiero w wieku czterech lat. Chłopiec, urodzony w Chinach, został później adoptowany przez amerykańską rodzinę i w wieku 10 lat zgłosił się do laboratorium prowadzonego przez Pawana Sinha. Badania wykazały, że jego wzrok był niemalże całkowicie normalny, z jednym zauważalnym wyjątkiem: bardzo słabo radził sobie z rozpoznawaniem twarzy. Inne badania dzieci niewidomych od urodzenia, a które również przeszły operacje przywracające wzrok, także wykazały znaczące problemu w rozpoznawaniu twarzy.

Badacze postawili hipotezę, że to upośledzenie może być wynikiem braku niektórych sygnałów wizualnych niskiej jakości, które normalnie otrzymują niemowlęta i małe dzieci. Kiedy dzieci się rodzą, ich ostrość widzenia jest bardzo słaba - około 20/800, czyli 1/40 siły wzroku dorosłego człowieka (20/20). Wynika to częściowo z mniejszej gęstości fotoreceptorów w siatkówce noworodka. Wraz ze wzrostem dziecka i rozwojem układu wzrokowego, gęstość receptorów w siatkówce oka zwiększa się, a tym samym poprawia się ostrość wzroku.

Aby zbadać swą teorię, naukowcy wykorzystali sieć neuronową. Nauczyli rozpoznawać twarze, dając jej albo niskiej jakości dane, a później wysokiej jakości dane, albo od początku jedynie wysokiej jakości dane. Odkryli, że modele, które wcześnie otrzymały niskiej jakości dane wejściowe, wykazały lepszą ogólną wydajność w zadaniach rozpoznawania twarzy. Ponadto pola receptywne sieci neuronowych - obszar, na którym konwolucyjna sieć neuronowa była w stanie rozpoznawać bodźce wizualne - były większe niż pola receptywne w modelach wytrenowanych od początku na wyraźnych danych wejściowych.

Obiecujące wyniki eksperymentu sprawiły, że naukowcy zdecydowali się pójść o krok dalej i sprawdzić, czy zjawisko to można zaobserwować również w innych zmysłach. W przypadku słuchu "harmonogram" rozwoju jest nieco inny, ponieważ urodzone w terminie dzieci rodzą się z niemalże idealnym słuchem w całym spektrum dźwięków. Jednak w okresie prenatalnym, kiedy układ słuchowy wciąż się rozwija, dziecko w brzuchu matki jest stale wystawione na niskiej jakości bodźce dźwiękowe pochodzące z otoczenia.

By zbadać wpływ tych niskiej jakości bodźców dźwiękowych na rozwój płodu, naukowcy wyszkolili modele obliczeniowe imitujący ludzki słuch, aby wykonywały zadanie, które wymaga integracji informacji przez długi czas - rozpoznawanie emocji z klipu głosowego. Naukowcy "serwowali" uczącym się modelom jeden z czterech różnych rodzajów sygnałów dźwiękowych: tylko o niskiej częstotliwości, tylko w pełnej częstotliwości, niskiej częstotliwości, po której następuje pełna częstotliwość, oraz pełna częstotliwość, po której następuje niska częstotliwość.

Bodźce dźwiękowe o niskiej częstotliwości, po których następują bodźce o pełnej częstotliwości to scenariusz najbliższy temu czego doświadczają rozwijające się niemowlęta. I jak dowiedli naukowcy - konwolucyjne sieci neuronowe wystawione na ten scenariusz wykazywały najlepsze zdolności rozpoznawania emocji. Ponadto modele trenowane w tym scenariuszu generowały również większe czasowe pola receptywne - innymi słowy były w stanie analizować bodźce występujące w dłuższym okresie czasu.

Według uczonych z MIT wyniki obu eksperymentów potwierdzają, że ekspozycja dziecka w brzuchu matki na różne bodźce przyczynia się do polepszenia rozwoju zmysłów.

Dlatego jeżeli ktoś następnym razem wytknie ci, że mówienie do dziecka w brzuchu ciężarnej kobiety jest dziwne, zignoruj go i trenuj dalej z maluchem. Kto wie, może odtwarzanie mu najnowszej piosenki Nirvany sprawi, że urodzi się wybitny neuronaukowiec?