科學人 發行日期:2015/06 刊號:159
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用耳朵讀資料

撰文/卡文(Ron Cowen) 翻譯/周坤毅

 人耳是找出模式的絕佳工具,因此科學家正利用音頻資料來偵測太陽活動與癌細胞。


重點提要
■人耳與大腦之間有強烈的神經元訊號傳遞,因此成為辨識資料模式的絕佳工具。
■聽覺分析能找出太陽風或遙遠恆星的特徵。
■「聲音化」科學研究人員把細胞的分子指紋轉換成聲音,能夠加快癌症篩檢的程序。

三年前,作曲家亞歷山大(Robert L. Alexander)坐在筆記型電腦前,聆聽音頻檔案中一段令人昏昏欲睡的聲音,聽來猶如遠處在風中飄揚的旗幟,不斷重複著微弱的拍擊聲,時而響亮、時而沉靜。

但亞歷山大耐心聆聽。45分鐘後,拍擊聲停止,接著是如狂風呼嘯、穿過森林的聲音,他回憶道:「聽來像萬物之母發出的嘶嘶聲。」

事實上,這段聲音的確代表一種類似風的現象:太陽風。那是一股從太陽高速噴出、穿過太空的帶電粒子流,每秒多達100萬公噸。2008年,美國航太總署(NASA)的太陽風探測衛星(Wind)觀測這些帶電粒子接近地球時產生的磁場,儘管該磁場十分微弱,但強度與方向會隨著時間變化。亞歷山大在美國密西根大學就讀研究所時,利用自己撰寫的演算法,把這些變化轉換成人耳能聽見的聲音。

把資料轉換成聲音可不只是興趣而已。30歲的亞歷山大是致力於「聲音化」科學的研究人員之一,他們嘗試把原本以圖形或數字表示的資料轉換成聲音。人耳比眼睛更能分辨各種模式中細微的差異,聽出眼睛從圖形中難以察覺的現象。目前科學家正利用這項技術尋找隱晦的天文活動,或從正常細胞中分辨出癌細胞。

英國牛津大學的神經科學家金恩(Andrew King)指出:「人耳能偵測聲音中幾微秒內的變化。」相較之下,眼睛只能分辨每秒50~60次的閃光。除了太陽活動與癌細胞外,我們也用聽覺分析來研究火山爆發與宇宙微波背景(CMB)中粒子變化的模式。然而許多研究人員還不知道這項聲音化技術的威力,NASA哥達德太空飛行中心的羅伯茲(Aaron Roberts)表示:「這項技術尚待推廣。」


聽見太陽風

把資料轉換成聲音並非新想法。1908年發明的蓋格計數器,偵測到高能帶電粒子時會發出噠噠聲。1980年代,航海家1號與2號通過土星環,美國愛荷華大學的物理學家格內特(Donald A. Gurnett)把太空船與水冰碰撞的砰砰聲,轉換成令人沉醉的天文樂章。

瑞士蘇黎世神經科學中心的神經科學家薩柏(Bechara Saab)認為,人耳能找出細微模式,是因為哺乳類的聽覺系統能比其他感官系統更快傳遞神經訊號。聽覺系統中具有稱為赫爾德萼(calyx of Held)的巨大突觸,這是已知神經元之中最大的突觸。赫爾德萼每秒能釋出800次神經傳遞物,把音波轉換成強烈的神經元訊號,相較之下,視覺系統沒有如此快速的神經元訊號傳遞。薩柏指出:「神經傳遞機制的差異,使耳朵能輕易聽出眼睛難以察覺的變化。」

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