การกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนในมนุษย์

**การกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนในมนุษย์** ** ()**  เป็นความสามารถในมนุษย์ที่จะกำหนดวัตถุในสิ่งแวดล้อมโดยใช้เสียงสะท้อนจากวัตถุเหล่านั้น  โดยที่บุคคลเหล่านั้นก่อต้นเสียงโดยวิธีเป็นต้นว่าเคาะไม้เท้า  (ที่ใช้โดยคนตาบอด)  กระทืบเท้าอย่างเบา ๆ  หรือใช้ลิ้นทำเสียงกริ๊ก ๆ  (คือใช้ลิ้นดีดที่เพดานปาก)  บุคคลที่ได้ฝึกการกำหนดทิศทางด้วยเสียงสะท้อน  สามารถแปลคลื่นเสียงสะท้อนจากวัตถุที่อยู่ใกล้ ๆ เพื่อที่จะระบุตำแหน่งและขนาดของวัตถุอย่างแม่นยำ  เป็นความสามารถที่ใช้โดยคนตาบอดบางพวกในการกำหนดทิศทางและการนำทางโดยใช้ระบบการได้ยินแทนที่จะใช้ตัวกระตุ้นทางตา  เป็นวิธีที่มีหลักการเหมือนกับกับระบบโซนาร์  (ระบบหาวัตถุใต้น้ำโดยใช้เสียง)  และการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนในสัตว์รวมทั้งค้างคาว  ปลาโลมา  และปลาวาฬมีฟัน

## ประวัติพื้นเพ
การกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนในมนุษย์ เป็นความสามารถที่มีการศึกษามาอย่างช้าที่สุดก็ในคริสต์ทศวรรษ  1950 
ในสมัยก่อน ๆ ความสามารถนี้เรียกกันว่าเป็น  **การเห็นด้วยใบหน้า  ()** 
หนังสือเกี่ยวกับการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนทั้งในมนุษย์ทั้งในสัตว์  มีมาตั้งแต่ปี ค.ศ.  1959  รวมทั้งงานของไวท์ในปี ค.ศ. 1970

## กลไก
การเห็นและการได้ยินมีส่วนคล้ายกันคือเป็นการแปลผลของพลังงานคลื่นสะท้อน
คือ  ระบบการเห็นแปลผลของคลื่นแสงที่เดินทางไปจากต้นแสง  กระทบผิวของวัตถุต่าง ๆ ในสิ่งแวดล้อม  แล้วสะท้อนมาที่ตา
และโดยนัยเดียวกัน  ระบบการได้ยินแปลผลของคลื่นเสียงที่เดินทางไปจากต้นเสียง  กระทบผิวของวัตถุต่าง ๆ   แล้วสะท้อนมาที่หู
ระบบการรับรู้ทั้งสองสามารถดึงข้อมูลจำนวนมากจากสิ่งแวดล้อมโดยการแปลผลพลังงานสะท้อนที่ได้รับ  ที่มีรูปแบบซับซ้อน  ในกรณีของเสียง  พลังงานคลื่นสะท้อนนั้นเรียกว่า  **เสียงสะท้อน  (echo)**

เสียงสะท้อนและเสียงอื่น ๆ สามารถสื่อข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งรอบตัวที่เทียบได้โดยหลาย ๆ นัยกับข้อมูลที่สื่อโดยแสง 
ด้วยเสียงสะท้อน  คนตาบอดสามารถรับรู้ข้อมูลที่ซับซ้อน  ละเอียด  และจำเพาะเจาะจงเป็นระยะทางที่ไกลกว่าระยะความยาวของไม้เท้าหรือแขน
คือ  เสียงสะท้อนบอกข้อมูลเกี่ยวกับธรรมชาติ  (คุณสมบัติ)  และระเบียบที่ตั้งของวัตถุในสิ่งแวดล้อมเป็นต้นว่า  หลังคา  กำแพง  ประตูและช่องในกำแพง  เสา  ขอบถนนและบันได  กระถางต้นไม้  คนเดินเท้า  หัวก๊อกน้ำดับเพลิง  รถที่หยุดอยู่หรือวิ่งอยู่  ต้นไม้และพุ่มไม้  และวัตถุอื่น ๆ อีกมากมาย
เสียงสะท้อนสามารถให้ข้อมูลอย่างละเอียดเกี่ยวกับตำแหน่ง  ขนาด  รูปร่างคร่าว ๆ  และความหนาแน่น  ของวัตถุ
ตำแหน่งโดยทั่ว ๆ ไปก็คือระยะทางและทิศทาง  (ซ้าย-ขวา  หน้า-หลัง  สูง-ต่ำ)  ส่วนขนาดหมายถึงความสูง  (สูง-เตี้ย)  และความกว้าง  (กว้าง-แคบ)

โดยเข้าใจความสืบต่อสัมพันธ์ของลักษณะเหล่านี้  ก็จะสามารถรู้ถึงธรรมชาติของวัตถุหนึ่งหรือแม้แต่ของหลาย ๆ วัตถุ
ยกตัวอย่างเช่น  วัตถุที่สูงและแคบอาจจะเป็นเสา
วัตถุสูงที่แคบด้านล่างและกว้างด้านบนอาจจะเป็นต้นไม้ 
วัตถุที่ทั้งสูงและกว้างมากอาจจเป็นกำแพงหรืออาคาร 
วัตถุที่กว้างและสูงตรงกลาง  แต่เตี้ยกว่าที่ปลายทั้งสองอาจจะเป็นรถที่จอดอยู่
วัตถุเตี้ยกว้างอาจจะเป็นกระถางยาวสำหรับปลูกต้นไม้  แนวกำแพงกั้นดิน  หรือขอบฟุตบาท
และวัตถุที่เริ่มต้นใกล้และเตี้ยมากแต่เริ่มไกลออกไปในขณะที่สูงขึ้น  อาจจะเป็นขั้นบันได
ส่วนความหนาแน่นหมายถึงความแข็งแรงความหนาทึบของวัตถุ  (ทึบ-เป็นช่อง ๆ, แข็ง-อ่อน)  การสำนึกรู้ความหนาแน่นเพิ่มความสมบูณ์และความซับซ้อนให้กับข้อมูลที่ได้
ยกตัวอย่างเช่น  วัตถุเตี้ยแต่ทึบอาจจะเป็นโต๊ะ  แต่วัตถุที่เตี้ยและเป็นช่องอาจจะเป็นพุ่มไม้  และวัตถุที่สูง  กว้าง  และเป็นช่อง ๆ ก็น่าจะเป็นรั้ว 

## มูลฐานทางประสาท

thumb|right|400px|การทำงานในระบบประสาทเกี่ยวกับการแปลผลเสียงสะท้อนของผู้มีความสามารถกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน  (ที่มีตาบอดตั้งแต่เยาว์วัย)  แสดงในรูปซ้าย  ส่วนในสมองของคนที่เห็นปกติในรูปด้านขวา  ไม่ปรากฏการทำงานใด ๆ  เมื่อฟังเสียงสะท้อนเสียงเดียวกันกับคนบอด  วงรีขาวด้านบนเป็นเขตสายตาที่ทำหน้าที่ประมวลข้อมูลที่ได้ทางตา  วงรีขาวสีชมพูเป็นเขตการได้ยิน 
คนตาบอดบางพวกมีความชำนาญในการกำหนดที่ตั้งวัตถุที่ไม่มีเสียง  โดยทำเสียงอย่างง่าย ๆ โดยใช้ลิ้นทำเสียงกริ๊ก ๆ แล้วฟังเสียงสะท้อนกลับ
งานวิจัยเร็ว ๆ นี้แสดงว่า  ผู้ชำนาญในวิธีนี้  ใช้เขตคอร์เทกซ์ในสมองที่คนมีตาปกติใช้ประมวลผลเกี่ยวกับการเห็น  เพื่อแปลผลเสียงสะท้อน 
การเปลี่ยนแปลงการทำงานในเขตสมองอย่างนี้  เป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันว่า  **สภาพพลาสติกในระบบประสาท  (neuroplasticity)**

ในงานวิจัยที่ว่านี้  นักวิจัยตอนแรกทำการอัดเสียงกริ๊กที่ทำโดยผู้มีความสามารถนี้  และเสียงสะท้อนกลับที่เบามากโดยใช้ไมโครโฟนเล็ก ๆ ที่อยู่ในหูของผู้รับการทดลอง  ในขณะที่ผู้รับการทดลองนั้น  อยู่ข้างนอกอาคารเพื่อที่จะระบุวัตถุต่าง ๆ เช่นรถยนต์  เสาธง  และต้นไม้
หลังจากนั้น  นักวิจัยก็เล่นเทปให้กับผู้รับการทดลอง  ในขณะที่การทำงานในสมองจะได้รับการบันทึกโดยเครื่อง  fMRI 
เป็นที่น่าสนใจว่า  เมื่อผู้รับการทดลองได้ยินเสียงอัดเหล่านั้น  พวกเขาไม่เพียงแต่มีการรับรู้ถึงวัตถุที่สะท้อนเสียง  แต่ปรากฏว่า  มีการทำงานในเขตสมองที่ปกติเป็นเขตแปลผลของข้อมูลทางตาของคนที่เห็นเป็นปกติ  คือคอร์เทกซ์สายตาปฐมภูมิ  หรือที่เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า  เขตสายตา  V1  (ดูรูปด้านบน)
และเป็นที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้น  เขตในสมองที่ปกติแปลผลของข้อมูลทางหู  ไม่ปรากฏว่า  มีการทำงานเพราะเหตุแห่งเสียงอัดที่ประกอบด้วยเสียงสะท้อน  มากกว่าการทำงานเพราะเหตุแห่งเสียงอัดที่ลบเสียงสะท้อนออกเสีย 
และสำคัญอย่างยิ่ง  เมื่อทำการทดลองอย่างเดียวกันกับบุคคลผู้เห็นเป็นปกติ  บุคคลเหล่านั้นไม่สามารถกำหนดตำแหน่งวัตถุ  ไม่สามารถรับรู้วัตถุเหล่านั้น  และไม่มีการทำงานในสมองที่เกี่ยวข้องกับเสียงสะท้อนโดยประการทั้งปวง

## บุคคลน่าสนใจที่ใช้เทคนิคนี้

### เบ็น อันเดอร์วูด
thumb|right|เบ็น อันเดอร์วูด  ผู้มีตาบอดตั้งแต่ยังเป็นทารก  สามารถใช้เสียงสะท้อนในการกำหนดสิ่งที่อยู่รอบ ๆ ตัวตั้งแต่วัยเยาว์
เบ็น อันเดอร์วูดเป็นเด็กชาวอเมริกันที่ได้รับการวินิจฉัยว่ามีมะเร็งในจอตาตั้งแต่อายุ  2  ขวบ  จึงได้ผ่าตัดนัยน์ตาออกเมื่อถึงอายุ  3  ขวบ
เขาได้เริ่มใช้เทคนิคการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนตั้งแต่อายุ  5  ขวบ  สามารถที่จะรู้ตำแหน่งของวัตถุต่าง ๆ โดยทำเสียงกริ๊ก ๆ ด้วยลิ้น  รายการโทรทัศน์ "20/20 เรื่องลึกลับทางแพทย์"  ได้อธิบายเรื่องของเบ็นไว้  เบ็นสามารถใช้ความสามารถนี้ในการวิ่งเล่น  เล่นบาสเกตบอล  ขี่จักรยาน  เล่นโรลเลอร์เบลด  เล่นอเมริกันฟุตบอล  และเล่นสเกตบอร์ด  คุณหมอของเบ็นผู้เป็นจักษุแพทย์สำหรับเด็กยืนยันว่า  เบ็นเป็นบุคคลที่มีความชำนาญที่สุดคนหนึ่งในการใช้เทคนิคการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน

เบ็นได้เสียชีวิตไปแล้วเมื่อวันที่ 19 มกราคม ค.ศ. 2009 เมื่อถึงวัย  16  ปี  เพราะโรคมะเร็งที่เริ่มแรกทำให้เขาสูญเสียตาไป

ผู้กำกับหนังชาวโปแลนด์ชื่อว่า  Andrzej Jakimowski  เจอกับเบ็นและได้รับแรงบันดาลใจจากเบ็น ในปี ค.ศ. 2012  เขาได้สร้างหนังเรื่อง  จินตนาการ  (Imagine)  เกี่ยวกับชายผู้ชื่อว่า  "ไอแอน"  ผู้เป็นครูสอนวิธีกำหนดทิศทางในพื้นที่  ผู้ได้เดินทางไปถึงคลินิกลิสบอนที่มีชื่อเสียงไปทั่วโลกในการรักษาคนไข้มีสายตาเสียหาย  เพื่อที่จะไปทำงานกับคนตาบอด  แพทย์ที่เป็นหัวหน้าได้ว่าจ้างไอแอนโดยมีเงื่อนไขว่า  คนไข้ต้องไม่มีอันตรายในขณะที่เรียนรู้การใช้เทคนิคการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนที่ไอแอนสอน  เพื่อจะไปในที่ต่าง ๆ ด้วยตนเอง

### แดเนียวล์ คิช
เทคนิคการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนได้รับการพัฒนาเพิ่มขึ้นโดยชาวอเมริกันชื่อว่า  แดเนียวล์ คิช  ผู้ทำงานกับคนตาบอดโดยพาเด็กวัยรุ่นตาบอดไปเดินหรือไปขี่จักรยานเที่ยวไปในที่ที่ไม่มีคน  แล้วสอนเด็กให้รู้จักการหาทางไปในที่ใหม่ ๆ อย่างปลอดภัยด้วยเทคนิคที่คิชเรียกว่า  **Flash Sonar  (โซนาร์ฉับพลัน)** 
โดยทำงานเป็นส่วนขององค์กรการกุศล  **World Access for the Blind  (โอกาสในการเข้าถึงโลกเพื่อคนตาบอด)** 
คิชผ่าตัดดวงตาออกเมื่ออายุ 13 เดือนเนื่องจากโรคมะเร็งจอตา  เขาจึงได้เรียนรู้วิธีการใช้ลิ้นทำเสียงกริ๊ก ๆ ที่เพดานปากเมื่อยังเป็นเด็ก  และปัจจุบันสอนคนตาบอดผู้อื่นในเทคนิคการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน  ด้วยวิธีที่เขาเรียกว่า  **Perceptual Mobility  (การเดินทางไปได้อาศัยการรับรู้)**
แม้ว่าในตอนแรก  คิชต่อต้านการใช้ไม้เท้า  (สำหรับคนตาบอด)  เพราะเห็นว่าเป็นอุปกรณ์เพื่อคนพิการและพิจารณาตนเองว่า  "ไม่ใช่คนพิการโดยประการทั้งปวง"  ภายหลังคิชได้พัฒนาเทคนิคการใช้ไม้เท้าร่วมกับการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อน  เพื่อเพิ่มระดับความสามารถในการไปที่ต่าง ๆ ของเขา

คิชรายงานว่า  "ภาพที่เกิดในใจนั้นมีความสมบูรณ์มากสำหรับผู้ที่มีความชำนาญ  จนสามารถที่จะรู้สึกถึงความงดงาม  ความปล่าวเปลี่ยว  หรือความรู้สึกอื่น ๆ  (เกี่ยวกับสิ่งแวดล้อม)   ทั้งที่มาจากเสียงและเสียงสะท้อน" 
คิชสามารถที่จะแยกแยะรั้วที่เป็นโลหะจากที่เป็นไม้จากเสียงสะท้อน  เพราะรูปแบบโครงสร้างของรั้ว  นอกจากนั้นแล้ว  ในที่เงียบมาก  เขาสามารถได้ยินความแตกต่างกันระหว่างเสียงสะท้อนของไม้กับของโลหะ

### ทอม เดอวิทต์
ทอม เดอวิทต์  เกิดในปี ค.ศ. 1979 ในประเทศเบลเยียม  เป็นโรคต้อหินแต่กำเนิดในตาทั้งสองข้าง  
เมื่อเยาว์วัย  เดอวิทต์มีท่าทีว่าจะสามารถพัฒนาเป็นนักดนตรี  (เป่าขลุ่ย)  ที่จะประสบความสำเร็จได้ต่อไป  จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 2005 ที่เขาต้องเลิกล้มความตั้งใจนั้นเสีย
ตาของเดอวิทต์ได้บอดอย่างสิ้นเชิงตั้งแต่ปี ค.ศ. 2009 เนื่องจากปัญหาที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ คิชเป็นผู้สอนเทคนิคการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนให้กับเขา  เขาเป็นที่รู้จักดีจนกระทั่งว่าสื่อมวลชนได้ตั้งชื่อเล่นให้กับเขาว่า  "มนุษย์ค้างคาวจากประเทศเบลเยียม"

### ดร. ลอเร็นซ์ สแก็ดเด็น
ดร. สแก็ดเด็นได้เขียนบันทึกประสบการณ์ของเขาเกี่ยวกับการมีตาบอด 
เขาไม่ได้เกิดมาตาบอด  แต่สูญเสียสายตาของเขาเนื่องจากโรค
ตั้งแต่วัยเด็ก  เขาได้เรียนรู้การใช้การกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนดีจนกระทั่งสามารถขี่จักรยานได้ในถนน  (ในขณะที่บิดามารดาของเขาคิดว่าเขายังพอมองเห็นได้บ้าง)
ภายหลัง  เขาได้เข้าร่วมกับงานวิจัยเกี่ยวกับ  "การเห็นด้วยใบหน้า"  (White, et al. 1970)
ประมาณปี ค.ศ. 1998  เขาได้ไปเยี่ยมแล็บประสาทพฤติกรรมวิทยาเกี่ยวกับการได้ยิน  (Auditory Neuroethology Laboratory) ที่มหาวิทยาลัยรัฐแมรีแลนด์  และได้ให้สัมภาษณ์เกี่ยวกับประสบการณ์ของเขาเกี่ยวกับการเห็นด้วยใบหน้า
ในตอนนั้น  นักวิจัยที่แล็บกำลังศึกษาการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนในค้างคาว  และมีการตระหนักรู้ถึงปรากฏการณ์ Wiederorientierung ที่กริฟฟินได้พรรณนาไว้ในปี ค.ศ. 1959 ว่า  แม้ว่าค้างคาวจะส่งเสียงร้องอยู่เรื่อย ๆ แต่กลับใช้วิธีกำหนดจุดสังเกตด้วยตาเพื่อกำหนดทิศทาง  (dead reckoning)  ในสถานที่คุ้นเคย  ไม่ได้ใช้ข้อมูลจากเสียงสะท้อน
ดร. สแก็ดเด็นได้ให้ความเห็นว่า  วิธีการกำหนดที่ตั้งวัตถุด้วยเสียงสะท้อนต้องใช้ความพยายามมาก  ดังนั้น  ตัวเขาเองจะไม่ใช้เทคนิคนั้นเพื่อการนำทางในที่ที่คุ้นเคยนอกจากจะเกรงว่า  อาจมีอุปสรรคอยู่ในที่นั้น  ซึ่งเป็นความเห็นที่ให้ไอเดียเกี่ยวกับพฤติกรรมของค้างคาว

ในประเทศสหรัฐอเมริกา  องค์กรพันธมิตรวิทยาศาสตร์ส่วนภูมิภาค  (Regional Alliance of Science) องค์กรวิศวกรรมและคณิตศาสตร์เพื่อนักเรียนพิการ (Engineering and Mathematics for Students with Disabilities) องค์กรการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เพื่อนักเรียนพิการ  (Science Education for Students With Disabilities) และสมาคมครูวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (National Science Teachers Association) ได้ก่อตั้งรางวัลลอเร็นซ์-เอ-สแก็ดเด็นเพื่อครูดีเด่นประจำปีเพื่อนักเรียนพิการเป็นเกียรติคุณเพื่อเขา

### ลูคัส เมอร์เรย์
ลูคัส เมอร์เรย์  ชาวอังกฤษผู้มาจากมณฑลดอร์เซต  เกิดมาตาบอด  เป็นที่เชื่อกันว่า  เมอร์เรย์เป็นคนหนึ่งใบบรรดาคนอังกฤษคนแรก ๆ ที่เรียนรู้การ "เห็น" สิ่งแวดล้อมด้วย  echolocation  เขาเป็นนักเรียนคนหนึ่งของแดเนียวล์ คิช

### เควิน วอร์วิก
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อว่า  เควิน วอร์วิก  ทำการทดลองโดยป้อนคลื่นเสียงความถี่สูง  (เหมือนที่ใช้ตรวจด้วยเครื่องอัลตราซาวด์)  เข้าไปในสมองโดยใช้วิธีกระตุ้นทางไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์ที่ฝังอยู่ในสมอง  เพื่อเป็นทางประสาทรับรู้อีกทางหนึ่ง
่ช่วงที่อยู่ในการทดลอง  เขาสามารถที่จะกำหนดระยะทางจากวัตถุต่าง ๆ และสามารถรู้ถึงการเคลื่อนไหวเล็ก ๆ น้อย ๆ ของวัตถุเหล่านั้น

### ฮวน รุยส์
ชาวอเมริกันชื่อว่า  ฮวน รุยส์  ปรากฏในรายการ  "ซูเปอร์มนุษย์ของสแตน ลี  (Stan Lee's Superhumans)"  ในตอนแรกที่มีชื่อว่า  "มนุษย์อิเล็กโทร (Electro Man)"  รุยส์อยู่ในเมืองลอสแอนเจลิส  รัฐแคลิฟอร์เนีย  และเกิดมาตาบอด  ในรายการนั้น  เขาแสดงความสามารถในการขี่จักรยานหลบหลีกรถยนต์ที่จอดอยู่และอุปสรรคอื่น ๆ และกำหนดวัตถุที่อยู่ใกล้ ๆ ได้  สามารถเข้าออกจากถ้ำที่เขาสามารถกำหนดความลึกและลักษณะอย่างอื่น ๆ ได้

## เชิงอรรถและอ้างอิง

## แหล่งข้อมูลอื่น
* How to see with sound Article by Daniel Kish in the New Scientist
* Harvard historical study and bibliography
* Ben Underwood 
* Seeing with Sound project
* The Blind Man Who Taught Himself To See Men's Journal
* Bat Man  Reader's Digest
* Human Echolocation  - Learn to See with your Ears - Free audio lesson for learning to click.

หมวดหมู่:ตาบอด
หมวดหมู่:โซนาร์