Princip technologie ALCsim®

Ne každý plašič škůdců funguje stejně. Technologie ALCsim® vychází z toho, jak mozek škůdců vyhodnocuje akustické signály spojené s blížícím se nebezpečím, a právě proto je z hlediska principu působení výrazně účinnější než běžná zařízení založená jen na rušivém zvuku nebo ultrazvuku. Článek ukazuje, na jakém principu ALCsim® stojí a proč představuje významný posun ve vývoji moderních plašičů kun a hlodavců.

EVOLUČNÍ PSYCHOLOGIE JAKO PRINCIPIÁLNÍ VÝCHODISKO TECHNOLOGIE ALCSIM

ÚVOD

V oblasti behaviorálních technologií se stále častěji uplatňuje mezioborový přístup, s cílem navrhovat cílené a ekologicky šetrné zásahy do chování organismů. Ultrazvukový plašič škůdců s technologií ALCsim – představuje jeden z příkladů tohoto propojení vědních disciplín. Jeho inovativnost spočívá v tom, že nepracuje s nahodilými nebo averzivními podněty, ale využívá specifické kognitivní mechanismy, které jsou zakotveny hluboko ve vývoji živočišné nervové soustavy. Klíčovým prvkem této strategie je využití zkreslení označovaného jako Auditory Looming Bias (ALB) – percepčně-kognitivního fenoménu, při němž jsou akustické podněty s určitými vlastnostmi vnímány jako naléhavější a hrozivější než jiné typy akustických podnětů.

EVOLUCE PERCEPCE: MOZEK JAKO DETEKČNÍ SYSTÉM PRO PŘEŽITÍ

Základním předpokladem evoluční psychologie je, že mentální a percepční mechanismy jsou výsledkem selekce, nikoli konstrukce od nuly. Mozek není stroj pro odhalování objektivní pravdy, ale pro generování chování, které v historicky typickém prostředí maximalizovalo šanci na přežití a reprodukci. V tomto světle přestávají být kognitivní „chyby“ chybami v klasickém smyslu – častěji se jedná o adaptace, které vyvažují náklady a přínosy rozhodnutí ve světě nejistoty.

Percepční systémy, především sluch a zrak, slouží v tomto modelu jako detekční aparáty – nikoli jako nástroje pro pravdivou rekonstrukci reality, ale jako senzory kalibrované podle pravděpodobnosti hrozby. Organismy, které přežily, byly ty, jejichž smysly byly naladěny nikoli na přesnost, ale na včasnost. To vedlo k formování systémů, které jsou systematicky přecitlivělé vůči určitým typům podnětů, v našem případě hrozebným rostoucím zvukům neboli Auditory Looming Cues (ALC).

ERROR MANAGEMENT THEORY: EVOLUČNĚ VÝHODNÁ ASYMETRIE CHYB

Z tohoto rámce vychází tzv. Error Management Theory (EMT), podle níž se percepční a rozhodovací systémy vyvíjejí tak, aby minimalizovaly evolučně nejdražší chyby. Tam, kde je větší chybou dopustit se opomenutí (false negative), je systém raději nastaven k falešným poplachům (false positives).

Z tohoto důvodu jsou organismy obvykle přednastaveny na přehnanou reakci na podněty, které by mohly – ale nemusely – signalizovat nebezpečí. Například i slabý zvuk v křoví může spustit útěkovou reakci, protože důsledky nečinnosti by mohly být fatální. Ukazuje se, že systém se zkreslením směrem k falešným pozitivům přináší nižší očekávané náklady než systém „objektivně vyvážený“.

EMT tak poskytuje teoretické zdůvodnění, proč jsou některé percepční zkreslení konzistentní, silně zakořeněné a rezistentní vůči habituaci: nejsou selháním systému, ale jeho klíčovým evolučním rysem.

AUDITORY LOOMING BIAS: SLUCH JAKO PŘEDNOSTNÍ KANÁL VČASNÉHO VAROVÁNÍ

Sluchový systém je ze všech smyslů nejrychlejší a nejméně závislý na směrovém kontaktu. Je tak ideálním kanálem pro včasnou detekci hrozeb – zejména těch, které se pohybují.

V této souvislosti je Auditory Looming Bias obzvláště relevantní: jedná se o percepčně-kognitivní zkreslení, při němž je charakteristický zvuk blížícího se nebezpečí interpretován jako více naléhavý. Subjektivně dochází ke zvýšení vnímané hlasitosti podnětu (perceptuální a kognitivní amplifikace), k podcenění času do kontaktu s potenciální hrozbou (čas do kolize se jeví kratší), přeceňování rychlosti pohybu blížícího se zdroje hrozby a zesílení emoční reakce. Toto zkreslení bylo experimentálně pozorováno napříč druhy (včetně novorozenců) a má zjevnou adaptivní hodnotu – umožňuje organismu připravit se na potenciální hrozbu s dostatečným předstihem.

Je důležité zdůraznit, že se nejedná pouze o pasivní fyzikální reakci na změnu kmitočtu, nebo amplitudy signálu, ale o aktivní interpretaci mozkových struktur, která se opírá o evolučně zakotvené percepčně-kognitivní mechanismy. Looming bias je tedy hluboce zakořeněn v neurofyziologii a představuje výjimečný případ funkčně specializovaného neurokognitivního mechanismu, který je v rámci řešení technologie ALCsim cíleně aktivován prostřednictvím akustických podnětů simulujících přibližování potenciální hrozby.

ALCSIM: APLIKACE EVOLUČNÍ PSYCHOLOGIE V NÁVRHU BEHAVIORÁLNÍHO PLAŠIČE

Technologie ALCsim (Auditory Looming Cue Simulation) je navržena tak, aby prostřednictvím pečlivě modulovaných ultrazvukových signálů cíleně aktivovala mechanismy Auditory Looming Bias (ALB), tedy hluboce zakořeněného obranného mechanismu – vrozeného percepčně-kognitivního zkreslení, při němž jsou akustické podněty v mozku škůdců interpretačně vyhodnocovány jako pohyby predátorů. Tím dochází k simulaci blížící se hrozby, která je mozkem škůdce vyhodnocena jako přítomnost predátora, což vede z krátkodobého hlediska k vyvolání bezprostředních obranných reakcí, typicky úniku, opuštění teritoria nebo útlumu pohybové aktivity a z dlouhodobého hlediska k vyvolání dlouhodobě přetrvávajícího úzkostného stavu, který má pro škůdce pouze jedno východisko, a to opuštění teritoria.

Využití tohoto přístupu je důležité ze tří důvodů: (1) aktivuje vrozené reakce, které nelze tréninkem ani opakováním snadno potlačit; (2) je šetrné, neinvazivní a ekologické, na rozdíl od chemických či mechanických prostředků; (3) je odolné vůči habituaci, protože se neopírá o jednoduché averzivní podněty, ale o dynamickou simulaci hrozby; (4) místo pouhého krátkodobého úleku cíleně zasahují více úrovní neuroendokrinní odpovědi (rychlou SAM, pomalejší HPA i přetrvávající hrozbu), čímž zajišťují dlouhodobou účinnost s dalším omezením možnosti habituace..

Technologie ALCsim tak představuje inteligentní využití evolučně vzniklých percepčních a kognitivních struktur a ukazuje cestu k návrhu vysoce efektivních behaviorálních technologií.

SHRNUTÍ

Syntéza poznatků z evoluční psychologie, teorie řízení chyb a neurokognitivních mechanismů vnímání ukazuje, že technologie nemusí působit „proti přírodě“. Naopak – pokud porozumíme tomu, jak příroda formovala smyslové a rozhodovací systémy, můžeme tato pravidla využít k návrhu nástrojů, které komunikují s organismem v jeho vlastním „evolučním jazyce“, jak ukazuje technologie ALCsim.

„DOKONALÝ SYSTÉM“ KONTRA ERROR MANAGEMENT THEORY (EMT)

V psychologii dlouho převažoval předpoklad, že nejlepší systém myšlení je ten, který se co nejvíce blíží pravdě a dělá co nejméně chyb. Evoluční perspektiva ale ukazuje, že v podmínkách nejistoty nemusí být nejvýhodnější maximální přesnost, nýbrž takové nastavení, které minimalizuje ty nejdražší omyly. Právě na tomto principu stojí Error Management Theory — a právě odtud vede přímá cesta k pochopení Auditory Looming Bias a Auditory Looming Cues, tedy i k tomu, proč může být dobře navržený plašič kun a hlodavců účinnější než zařízení, které vydává pouze náhodný rušivý zvuk.

Když pravdivost není totéž, co optimální rozhodnutí

V psychologii je téměř všudypřítomný předpoklad, že optimální systémy myšlení jsou takové, které co nejlépe odpovídají normativním pravidlům a vedou k pravdivým závěrům. Z tohoto hlediska by tedy nejlepším možným systémem uvažování byl ten, který je vždy stoprocentně přesný. Takového cíle však v podmínkách nejistoty dosáhnout nelze. Jestliže se rozhoduje v nejistém prostředí, může předpověď, která se v jednom případě ukázala jako správná, v jiném případě selhat.

Představme si, že procházíme krajinou, kde se vyskytuje velké množství prudce jedovatých hadů. Dříve či později se dostaneme do situace, kdy na poslední chvíli uvidíme na zemi před sebou objekt, který nápadně připomíná hada, ale nejsme si zcela jisti, zda jde skutečně o hada, nebo třeba jen o pokroucenou větev. Předpokládejme přitom, že pouze v 10 % případů, tedy v deseti případech ze sta, půjde opravdu o nebezpečného hada.

V zásadě máme dvě možnosti, jak se zachovat:

Zůstaneme stát před uvedeným objektem a budeme jej pozorovat a zkoumat, zda se skutečně jedná o hada, či nikoli.
Rychle uskočíme dozadu, zavrhneme další „výzkum“ a dané místo velkým obloukem obejdeme.

Z hlediska maximalizace pravdivého a stoprocentně přesného závěru — a tedy i z hlediska minimalizace počtu chyb — bychom měli zvolit první možnost a zkoumat, zda jde o hada, či nikoli. To odpovídá klasickému psychologickému náhledu, založenému na směřování k pravdivému závěru.

Zároveň se na věc můžeme podívat i z hlediska prosté racionality. Jestliže bychom před každým předmětem připomínajícím hada uskakovali a obcházeli jej mimo cestu, přes křoví a louže, náš pohyb by ztratil efektivitu. Mohli bychom ujít třeba dvojnásobnou vzdálenost, byli bychom podstatně vyčerpanější, špinavější, otrhanější a frustrovanější. Taková „procházka“ by nakonec připomínala spíše výcvikový kurz přežití než obyčejnou cestu přírodou.

Jak bylo řečeno na začátku této kapitoly, klasický psychologický přístup považuje za ideální takový systém uvažování, který je stoprocentně přesný a nedopouští se žádných chyb. Pokud přesnost klesá a počet chyb roste, jde z tohoto hlediska o konstrukční defekt naší mysli nebo o jinou poruchu. Celou věc lze tedy uzavřít tak, že vhodnější je zůstat stát před tím, co považujeme za hada, vyčkat, co se bude dít, a dospět, pokud možno ke stoprocentně přesnému závěru, případně alespoň minimalizovat počet chyb. Teprve na základě takto získaných zjištění bychom zvolili další postup.

EMT: evoluce nevybírá nejpřesnější řešení, ale nejméně nákladnou chybu

Zkusme se však na stejnou situaci podívat z jiného úhlu — strategicky, resp. z hlediska evoluční psychologie. K tomuto účelu použijeme velmi podnětnou teorii, která je součástí evoluční psychologie a nese název Error Management Theory (EMT). Tuto teorii poprvé publikovali v roce 2000 Martie G. Haselton a David M. Buss.

Stejnou situaci si tedy představme znovu: procházíme krajinou s velkým množstvím prudce jedovatých hadů. Na poslední chvíli před sebou spatříme objekt na zemi, který nápadně připomíná hada, ale nejsme si zcela jisti, zda jde skutečně o hada, nebo třeba jen o pokroucenou větev. A opět předpokládejme, že pouze v 10 % případů, tedy v deseti případech ze sta, půjde skutečně o nebezpečného hada.

A znovu máme v zásadě dvě možnosti, jak se zachovat:

Zůstaneme stát před uvedeným objektem a budeme jej pozorovat a zkoumat, zda se skutečně jedná o hada, či nikoli.
Rychle uskočíme dozadu, zavrhneme další zkoumání a dané místo velkým obloukem obejdeme.

V tomto případě však budeme předpokládat, že vždy zvolíme variantu č. 2. Před objektem připomínajícím hada pokaždé uskočíme a rychle utečeme. Při tom si trochu vymkneme kotník, zabloudíme, ale nakonec se zcela zničení doplazíme do cíle — a tento stereotyp se bude opakovat při každém setkání s čímkoli, co jen trochu připomíná hada. Aby toho nebylo málo, budeme mít ještě trvale nepříjemný pocit, že jsme pokaždé nejspíš udělali chybu, protože se v naprosté většině případů pravděpodobně o hada vůbec nejednalo.

Posedlost přesností myšlení a racionalitou není jen vlastností mnoha psychologů; je to obecně lidská vlastnost. Jsme nastaveni tak, abychom nedělali zbytečné věci, minimalizovali své chyby a pokud možno se vždy chovali s ohledem na pravdu, resp. na objektivní skutečnosti, a to co nejpřesněji, ideálně na 100 %. Z hlediska EMT je však přesto smysluplná pouze varianta chování č. 2, a to z prostého důvodu: celkové náklady plynoucí z chyb, kterých se při ní dopouštíme, jsou nižší.

Podle EMT obsahuje naše myšlení záměrná, evolučně vzniklá zkreslení, díky nimž se dopouštíme mnohem většího množství „chyb“ tehdy, když jsou tyto chyby z evolučního, tedy strategického hlediska méně nákladné. Děje se to v podmínkách nejistoty — například tehdy, když nemáme dostatek času na racionální rozhodnutí nebo nemáme dostatek vstupních parametrů pro kvalifikované posouzení situace — a děje se tak zcela bez našeho vědomého rozhodnutí. Kdykoli tedy v průběhu evoluce existuje asymetrie nákladů mezi dvěma typy chyb, přírodní výběr vytvoří takové vnitřní mechanismy k „páchání“ chyb, které jsou z evolučního hlediska méně nákladné.

A jak to souvisí s naším rozhodnutím ohledně možného hada? EMT říká, že tato zkreslení — tedy z pohledu „dokonalého systému“ vlastně chyby systému — vznikla proto, aby nás chránila například právě před hady. V souvislosti s hady se toto zkreslení projevuje abnormálně silnými obavami nejen z hadů samotných, ale i z abstraktních vizuálních objektů, které svým tvarem hady připomínají. Jsme tedy evolučně „naprogramováni“ k obavám z hadů tak silně, že už kojenci, kterým jsou předloženy fotografie, kresby hadů nebo jen „hadí tvary“, reagují zásadními fyziologickými změnami, jako je zrychlený dech nebo srdeční tep. Strach z hadů je v naší DNA ukotven natolik mocně, že se s těmito tvory vůbec nemusíme v životě setkat ani o nich slýchat — a přesto budeme již na základní obrysy hada na obrázku reagovat třeba zvýšením krevního tlaku. V tomto případě tedy nejde o naučené obranné reflexy, ale o vrozené obranné reflexy.

V našem prvním příkladu jsme se na poslední chvíli zastavili před předmětem, který mohl být kusem dřeva, nebo také smrtelně jedovatým hadem. Zůstali jsme stát a posuzovali, zda se skutečně jedná o hada, či nikoli. Ve všech obdobných situacích bychom nakonec zjistili, jaká je skutečnost, a naše chybovost by tak byla nulová — úspěšní bychom byli ve 100 % případů. Oproti druhé variantě jde z hlediska přesnosti a omezení chybovosti o fenomenální úspěch. Bohužel, bezpochyby minimálně v jednom ze sta případů by došlo k uštknutí hadem a k úmrtí.

V našem druhém příkladu jsme okamžitě uskočili a vzali nohy na ramena. Nikdy jsme se tak nedozvěděli, zda šlo o hada, klacek, nebo třeba ztracené vodítko pro psy s elegantní klikatou čárou. Ve všech případech jsme byli neúspěšní z hlediska racionálního posouzení situace, naše chybovost byla 100 % a úspěšnost tedy nulová. Je to „tragický výsledek našich kognitivních schopností“, ale současně jde o stoprocentní výsledek z evolučního hlediska — z hlediska zachování druhu. Je tedy zřejmé, že náklady vyplývající z chyb při chování podle prvního příkladu jsou podstatně vyšší — totiž náklady lidského života — než náklady vyplývající z chyb při chování podle druhého příkladu, tedy značné nepohodlí. Je zde tedy jasná asymetrie nákladů, které z chyb vznikají, jinými slovy jejich zřejmá nesouměrnost.

Postup odpovídající druhému příkladu je tak z evolučního hlediska jediný správný, a to ne proto, že jsme se pro něj sami vědomě rozhodli, ale proto, že při setkání s hadem zafungovalo zmíněné evoluční zkreslení, které nejsme schopni ovládat vlastní vůlí. Jde o vrozenou obrannou reakci, která vyvolává tak silnou míru strachu, že bychom namísto před hadem uskočili i před pohozeným kusem elektrického kabelu. Kdyby neexistovaly tyto život zachovávající strategické obranné mechanismy, o jejichž existenci možná ani netušíte, pravděpodobně byste tento článek vůbec nečetli. Bez mechanismů, které zkreslují naše vnímání a tím chrání život, bychom tu totiž už dávno nebyli. A pokud jste někdy měli pocit, že vaše rychlá reakce na určitý podnět — zejména v nejistotě — se „tak nějak“ neshodovala s vaší představou o racionálním či společensky vhodném chování, je docela možné, že jste v daném okamžiku podlehli některému z kognitivních zkreslení a v rozhodovacím procesu přešli na „autopilota“, který našel nejvhodnější řešení za vás.

Percepční klam jako obranný mechanismus

Zkreslení ve vnímání, které vzniká při střetu s hady, nebylo vybráno náhodně, protože jde o typické percepční zkreslení, tedy percepční klam. Vizuálně sice vnímáme nějaký předmět, který hada připomíná jen vzdáleně, ale náš percepční systém, jenž tento vizuální vjem zpracovává, automaticky považuje předmět nejen za nebezpečného hada, ale současně ještě zvětší jeho vnímanou velikost, zkrátí vnímanou vzdálenost mezi námi a daným předmětem a zároveň rychle aktivuje vnitřní obranné reakce — vyplavení stresových hormonů, zrychlení srdeční činnosti, zvýšení krevního tlaku a podobně — i motorické obranné reakce, tedy například uskočení směrem od domnělého hada. Díky percepčnímu zkreslení tak reagujeme na některá potenciální nebezpečí velmi intenzivně. Podle Error Management Theory je takové jednání falešně pozitivní: dopouštíme se zvýšeného počtu chyb a současně si „komplikujeme život“, ale zato se výrazně zvyšuje pravděpodobnost, že si život zachováme.

Princip falešné pozitivity, tedy přiklonění se k vyšší chybovosti z důvodu omezení fatálních chyb, se mimo jiné využívá například i u požárních hlásičů. Ty jsou automaticky nastaveny na vyšší citlivost, než by bylo nutné z hlediska standardního zachycení příznaků požáru, přestože tak mnohem častěji dochází k falešným poplachům. Náklady na řešení třeba i mnoha falešných poplachů jsou totiž samozřejmě nižší než náklady na řešení jediného „důkladného“ požáru.

Percepční klamy velmi dobře popisuje profesorka Alena Plháková ve své Učebnici obecné psychologie:

„Percepční klamy jsou zkreslené vjemy, které jsou výslednicí vnitřních nervových a psychických procesů. Vznikají zcela bezděčně, nezávisle na naší vůli. Iluzorní vjem neodpovídá reálným vlastnostem podnětů, což lze ověřit měřením. Percepční iluze přetrvávají, i když jsme informováni o skutečných poměrech.“

AUDITORY LOOMING BIAS (ALB) A AUDITORY LOOMING CUES (ALC)

V roce 1998 vyšel ve vědeckém časopise Nature článek s názvem Perceptual bias for rising tones („Percepční zkreslení pro rostoucí tóny“) od Johna G. Neuhoffa. Autor v něm píše o zvláštních asymetriích ve vnímání akustických signálů, které byly zjištěny během experimentů v oblasti psychoakustiky. V experimentech byly použity dynamické akustické signály s rostoucí intenzitou.

Neuhoff píše: „Preferenční reakce na rostoucí intenzitu zvuků mohou poskytnout organismu výhodu při přípravě na kontakt se zdrojem zvuku nebo zvýšenou míru bezpečnosti při jeho přiblížení.“

A v následné korespondenci s legendou oboru psychoakustiky G. Canévetem Neuhoff uvádí, že:

„Percepční zkreslení se zaujetím pro rostoucí sluchové podněty by mohlo poskytovat selektivní výhodu v rámci rychlejšího rozhodování při hrozícím nebezpečí.“

John G. Neuhoff tedy v roce 1998 jako první přišel s informacemi o možných preferenčních reakcích při vnímání určitých zvuků se souvislým dynamickým vývojem hlasitosti a současně jako první formuloval úvahu, že toto percepční zkreslení může představovat selektivní výhodu, vzniklou v průběhu evolučního procesu, která umožňuje rychlejší rozhodování při hrozícím nebezpečí.

V roce 2002 byl v práci Auditory looming perception in rhesus monkeys („Vnímání přibližujících se zvuků u makaků rhesus“) od Asifa A. Ghazanfara, na níž spolupracoval i John G. Neuhoff, poprvé použit termín pro toto specifické percepční zkreslení při vnímání zvuků s rostoucí intenzitou: Auditory Looming Bias (ALB).

V roce 2019 John G. Neuhoff uzavřel svůj dvacetiletý výzkum v oblasti Auditory Looming Bias vydáním práce Converging evidence for an evolutionary bias in perceiving looming sounds („Sbíhající se důkazy o evolučním zkreslení při vnímání rostoucích zvuků“). Jde o souhrn dosavadních důkazů o evolučním významu percepčního zkreslení ALB. Důkazy o evolučním významu zkreslení při vnímání rostoucích zvuků — jinak řečeno „percepční asymetrie na hrozebné sluchové podněty“ — byly dosud shromážděny v několika rovinách: teoretické důkazy, psychologické důkazy, lékařské důkazy, fyziologické důkazy, genetické důkazy, fylogenetické důkazy, důkazy shromážděné lovci a mezikulturní důkazy.

V úvodní části tohoto článku byly vysvětleny obecné principy percepčního zkreslení z hlediska Error Management Theory. Nyní jsme se přesunuli do oblasti zpracování sluchových podnětů a k jednomu konkrétnímu typu percepčního zkreslení, jímž je Auditory Looming Bias.

Auditory Looming Bias (ALB) je druh percepčního zkreslení při vnímání specifických sluchových podnětů, které signalizují možné přibližující se nebezpečí. Tato asymetrie ve vnímání zvuků má zásadní význam z hlediska přežití nebezpečných situací, protože umožňuje rychlejší rozhodování při hrozícím nebezpečí. K rozvoji ALB došlo v průběhu evoluce nejen u lidí a dalších druhů primátů, ale také u jiných savců.

Bezkonkurenčně nejlépe je však tento fenomén prozkoumán v souvislosti s experimenty na myších a potkanech, což je pro nás z hlediska vývoje plašičů škůdců zcela zásadní výhodou. Právě proto mají tyto poznatky přímý význam i pro zařízení, která se v praxi označují jako ultrazvukové plašiče.

Percepční asymetrie sluchu ALB a s ní spojené vrozené obranné reakce se vyvíjely miliony let na základě zkušeností s hrozícím nebezpečím. ALB je ideálně uzpůsobena k řešení nebezpečných situací v rámci ekologické relevance konkrétního živočišného druhu, protože každý živočich čelí jiným typům ohrožení. Základní vlastnosti ALB však mohou být mezi některými druhy velmi podobné, protože mnohé zdroje ohrožení jsou historicky společné pro různé druhy živočichů.

Jaké zvuky spouštějí ALB

Řekli jsme si, co je ALB a o jaký druh percepčního zkreslení jde. Nyní je na řadě vysvětlení, jaký zvuk tyto asymetrické reakce v našem sluchovém vnímání vlastně vyvolává — co je tedy příčinou aktivace těchto ochranných mechanismů a následného spuštění vrozených obranných reflexů.

Protože by tyto zvuky a jejich účinky asi nikdo nevystihl lépe než John G. Neuhoff, použijme citaci z jeho práce Looming sounds are perceived as faster than receding sounds z roku 2016:

„Přibližující se zvuky vyvolávají řadu ochranných fyziologických, kognitivních, emočních a behaviorálních reakcí, které se nevyskytují v reakci na objekty vydávající zvuk, které se pohybují jakýmkoli jiným směrem. Přibližující se zvuky přednostně aktivují amygdalu a distribuční neuronovou síť, která podporuje pozornost, sluchové vnímání prostoru, vnímání pohybu a plánování motorických reakcí. Všechny reakce svědčí o adaptivním znaku, který se vyvinul, aby ochraňoval organismus.“

Percepční zkreslení ALB tedy vyvolávají rostoucí zvuky, tedy zvuky charakteristické pro přibližující se objekty. Pro pojmenování těchto zvuků se dnes ustálil termín Auditory Looming Cues (ALC), který lze přeložit jako „rostoucí sluchové podněty“ nebo „hrozebné sluchové podněty“. Alternativně se používá také označení looming sounds, tedy „rostoucí zvuky“ či „hrozebné zvuky“.

Percepční asymetrie sluchu ALB má zásadní význam z hlediska ochrany zdraví a života živočichů, protože prostřednictvím ALB dochází k vyvolání nepodmíněných obranných reflexů. Nepodmíněné reflexy se vyvíjely v průběhu evoluce, jsou geneticky dané, probíhají zcela automaticky a za odpovídajících podmínek se dostavují vždy a stereotypně. Na rozdíl od podmíněných reflexů není možné se nepodmíněným reflexům „odnaučit“. Z hlediska evoluční historie je pro škůdce, na které cílíme v souvislosti s využitím ALC v plašičích, obecně největším vnějším nebezpečím možný útok predátora. Je ale třeba zmínit i další nebezpečné situace v přírodě, které se vyznačují vznikem ALC sluchových podnětů — například padající kamení, stádo velkých zvířat, valící se voda nebo v moderní době rychle se blížící automobil či vlak. Právě takové podněty měly největší vliv na vznik a vývoj percepční asymetrie sluchu ALB.

Bylo zde uvedeno, že asymetrie sluchu ALB je ideálně uzpůsobena k řešení nebezpečných situací v rámci ekologické relevance konkrétního živočišného druhu. Zmínka o ekologické relevanci je velmi důležitá, protože míra percepční asymetrie ALB na hrozebné sluchové podněty ALC závisí na reálné míře možného nebezpečí, která z této ekologické relevance vyplývá. Jinými slovy: percepční asymetrie ALB má v sobě zakódovaná pravidla pro vyhodnocování nebezpečí, která vyplývají z konkrétních sluchových podnětů. Dochází při tom k vyhodnocování statických i dynamických vlastností zvuku, jako je výchozí a konečná intenzita, tvar křivky intenzity, doba trvání zvukového podnětu, typ zvuku z hlediska zvukového spektra — například harmonický zvuk nebo šum — dále kmitočtový rozsah, tvar křivky kmitočtu, celistvost zvukového podnětu a podobně.

Ekologická relevance sluchového podnětu tedy znamená, že daný sluchový podnět svou charakteristikou odpovídá reálně se blížícímu nebezpečí. A čím vyšší je předpokládaná míra nebezpečí, tím vyšší je i míra zkreslení vnímaného zvuku — tedy asymetrie ALB — v mozku a tím vyšší je také aktivita neuronů v mnoha oblastech mozku i v neuronálních drahách mezi těmito oblastmi. Současně dochází k vyvolání adekvátních vnitřních obranných reakcí a k aktivaci obranných motorických reakcí.

Percepční asymetrie ALB tedy vnímaným zvukům „přidává na významu“, jsou-li vyhodnoceny jako ALC, tedy jako signály blížícího se nebezpečí. Naopak při zpracování ALC ubírá na významu všem ostatním zvukům, které s možným ohrožením nesouvisejí. Čím vyšší je vyhodnocená míra nebezpečí, tím vyšší je význam těchto podnětů z hlediska jejich vnímané hlasitosti, rychlosti a intenzity zpracování v mozku, míry inhibice ostatních nevýznamných podnětů a podobně. Tyto aspekty pak ovlivňují vylučování stresových hormonů i následné fyziologické obranné reakce, jako je zvýšení krevního tlaku a srdeční činnosti při přípravě na „boj, nebo útěk“, a samozřejmě také behaviorální reakce, tedy především motorické obranné odpovědi. V delším časovém horizontu pak při působení stresu vznikají chronické fyziologické změny, které se mohou projevovat například chorobnými změnami srdeční činnosti a krevního tlaku, změnami v krevním systému — tedy změnou množství bílých a červených krvinek — změnami rozmnožovacích schopností a obecně snižováním psychické i fyzické kondice. To může souviset například i s hladem, protože stresovaný škůdce vydává značné množství energie na neustálé hlídání okolí a jeho schopnost obstarávat potravu je omezená.

Zjednodušeně řečeno: čím vyšší je vyhodnocená míra nebezpečí, tím silnější je i komplexní obranná reakce a tím větší je kognitivní i emoční zatížení zainteresovaných oblastí centrální nervové soustavy konkrétním podnětem typu ALC.

Percepční, nebo kognitivní asymetrie?

V souvislosti s pojmy, které zde používáme — tedy s pojmy „percepční“ a „kognitivní“ — je vhodné upřesnit, do jaké oblasti vlastně zkreslení neboli asymetrie Auditory Looming Bias, spadá. Pomůže nám zde citace profesora Jaroslava Veselého z LF UP Olomouc:

„Klasifikace kognitivních funkcí:

Jednotný seznam kognitivních funkcí neexistuje. Určitá shoda panuje nad zařazením funkcí, které jsou vyhrazeny relativně vyšším úrovním nervové soustavy (bez spolupráce s nějakým konkrétním efektorem – končetinou, řečí, komplexnějšími výkony):

pozornost – koncentrace
myšlení; řešení problémů, logické myšlení, inteligence
paměť a učení
Již mnohem méně jednotně se objevují:
vnímání (percepce)
představivost
řeč, mluva, jazyk, čtení, psaní, komunikace, mluvení, artikulace, grafomotorika
počítání
motorické reakce (končetin) na různé typy podnětů
konstrukční schopnosti
exekutivní funkce jako komplexní funkce zprostředkované frontálním mozkovým lalokem
chování, jednání.“

Z uvedeného citátu je patrné, že není zcela jasné, zda proces vnímání — percepce —, s nímž souvisí percepční asymetrie ALB, mezi kognitivní funkce zařadit, či nezařadit. Zpracování sluchových podnětů typu ALC, které tyto asymetrie ve vnímání vyvolávají, se však zásadně liší od zpracování běžných neutrálních podnětů. Mimo jiné tím, že řízení zpracování ALC signálů automaticky přebírají nejvyšší kognitivní centra — prefrontální kortex u lidí a prelimbická oblast u hlodavců a kunovitých.

Moderní, tedy „decentralizovaný“ náhled na procesy, které se v mozku odehrávají v souvislosti s myšlením, vychází z předpokladu, že mnoho dějů, které byly dříve považovány za kognitivní činnosti související pouze s nejvyššími kognitivními oblastmi, probíhá i v nižších kognitivních oblastech a obejde se bez zpracování v těch nejvyšších. Tato skutečnost se týká například sluchového kortexu. Zajímavá je z tohoto hlediska například práce The causal role of auditory cortex in auditory working memory (Liping Y. a kol., 2021), která prokazuje, že sluchový kortex (auditory cortex, AC) je přímo zapojen do ukládání informací do pracovní paměti. V posledních letech se objevuje stále více potvrzení, že AC neslouží jen k dekódování zvukových signálů, ale že jde o kognitivní centrum nižší úrovně s vlastní pracovní pamětí — i když ještě v roce 2018 byla tato možnost rozporována. Další velmi zajímavou prací je v tomto ohledu Plasticity in the Primary Auditory Cortex, Not What You Think it is (Weinberger N. M., 2014), v níž se potvrzuje zapojení AC do kognitivních funkcí, jako je pozornost, učení, vytváření paměťových konceptů a řešení problémů.

Z výše uvedených hledisek je tedy možné používat pro Auditory Looming Bias jak označení percepční asymetrie, tak i kognitivní asymetrie, a současně považovat zpracování ALC signálu v centrální nervové soustavě za kognitivní proces.

SOUČASNÝ STAV VÝZKUMU A MOŽNÉ PRAKTICKÉ VYUŽITÍ

Po prvních psychoakustických experimentech Johna Neuhoffa se začalo fenoménu ALC cíleně věnovat více vědců z oblasti psychoakustiky. Postupně se však výzkum ALC rozšířil i do dalších vědních oborů, zejména do oblasti neurověd.

Cílem těchto experimentů je vyvolání vrozených obranných reakcí a následné sledování neuronální aktivity v mozku laboratorních zvířat i jejich chování. Tyto experimenty mají význam jak z hlediska obecného poznání centrální nervové soustavy, tak i z hlediska studia neurologických onemocnění. Využití ALC pro vyvolání vrozených obranných reakcí se přitom jeví jako velmi perspektivní metoda, protože tyto reakce dokáže aktivovat jednoduchým, přirozeným a neinvazivním způsobem.

Aktuální stav vědeckého výzkumu ALC naznačuje, že již existuje dostatek poznatků potvrzujících významný vliv těchto podnětů na vyvolání vrozených obranných reakcí v mozku zvířat i lidí. V následujících letech bude úkolem vědců přesněji rozklíčovat procesy, ke kterým v mozku exponovaných laboratorních zvířat i lidí dochází, a současně stanovit obecnější standardy pro využití ALC při vyvolávání vrozených obranných reakcí. Díky tomu bude možné výsledky jednotlivých experimentů lépe porovnávat a lze předpokládat, že se využití ALC postupně stane standardní vědeckou metodou pro tento typ výzkumu. Současně by se tím otevřela i širší možnost převádět výsledky experimentů do praktických aplikací mimo výzkumná centra. Vedle experimentů s laboratorními zvířaty, při nichž se pro výzkum ALC využívají nejmodernější invazivní techniky zobrazení nervové aktivity v mozku, probíhají také psychoakustické experimenty s lidmi. Při nich se uplatňuje jak subjektivní hodnocení předložených akustických podnětů samotnými účastníky experimentu, tak i neinvazivní způsoby sledování nervové aktivity, například pomocí magnetické rezonance (MRI) nebo počítačové tomografie (CT).

Nejzásadnější vědecké experimenty s ALC byly provedeny teprve v několika posledních letech a nebyly zaměřeny na přímé komerční využití, ale především na potvrzení významu těchto podnětů v centrální nervové soustavě a na jejich schopnost vyvolávat vrozené obranné reakce. Přesto se již objevují první vědecké práce i první technická řešení, která naznačují možnosti praktického využití těchto poznatků. V oblasti plašičů škůdců na tento směr navazují produkty Deramax-Ultima, Deramax-Audit a Deramax-Omega, které využívají vlastní technologii ALCsim s cílem přenést poznatky o působení hrozebných akustických podnětů do reálné praxe.

Jako další perspektivní směr se ukazuje možnost využití ALC v souvislosti se signalizací hrozícího nebezpečí. Již nyní je například potvrzeno, že reakční doba řidiče, který je na nebezpečnou situaci upozorněn pomocí ALC signálu optimalizovaného pro působení v lidském mozku, se ve srovnání s upozorněním jinými typy zvuků výrazně zkracuje. Současně je možné pomocí modulace výstražného ALC signálu uměle zrychlovat nebo zpomalovat rychlost reakce na takový výstražný signál. Využitím ALC jako signálů upozorňujících na hrozící nebezpečí se cíleně zabývá mimo jiné tým vědců z institutu Maxe Plancka a lze předpokládat, že cesta těchto poznatků do praxe bude poměrně rychlá.

VÝZNAM HROZEBNÝCH SLUCHOVÝCH PODNĚTŮ ALC PRO PLAŠIČE ŠKŮDCŮ

Z hlediska praktického využití v plašičích škůdců je význam ALC zásadní především v tom, že nejde o pouhé „vysílání nepříjemného zvuku“, ale o cílené působení na evolučně velmi staré obranné mechanismy nervové soustavy. Právě tato vazba na vrozené vyhodnocování hrozby odlišuje technicky promyšlený plašič kun a hlodavců od zařízení, která pracují jen s akustickým rušením bez hlubší biologické relevance. Pokud je zvukový signál konstruován tak, aby odpovídal principům ALC a nesl pro cílový druh znaky přibližujícího se nebezpečí, může aktivovat nepodmíněné obranné reakce, zvýšit ostražitost, narušit pocit bezpečí škůdce a dlouhodobě zhoršit jeho ochotu v daném prostoru setrvávat. Právě v tom spočívá mimořádný význam ALC pro moderní plašiče škůdců: účinnost zde nevychází jen z intenzity signálu, ale především z jeho schopnosti oslovit přirozenou biologickou logiku obranného chování.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY O TECHNOLOGII ALCSIM

Pokud vás technologie ALCsim® zajímá podrobněji, doporučujeme také další články, které toto téma rozvíjejí z různých úhlů pohledu. Obecným principům se věnuje text Teoretické základy technologie ALCsim, praktické souvislosti shrnuje článek Praktické základy technologie ALCsim, otázky bezpečnosti rozebírá text Bezpečnost technologie ALCsim a přehled hlavních přínosů přináší článek Výhody plašičů škůdců s technologií ALCsim.

Autor:
Pavel Hnilica
Deramax.cz s.r.o.

Veškeré obrazové a textové materiály jsou chráněny autorským zákonem a jejich použití je možné pouze se souhlasem autora (pavel@hnilica.eu).