Sensory SystemsSensory SystemsСенсорные системы0235-00923034-5936The Russian Academy of Sciences67577710.31857/S0235009224030033BSBTFPСЛУХОВАЯ СИСТЕМАResearch ArticlePerceived Trajectories of Cyclic Sound MovementВоспринимаемые траектории циклического движения звуковых образовShestopalovaL. BШестопаловаЛ. Б.
Russian Federation
shestopalovalb@infran.ruPetropavlovskayaE. A.ПетропавловскаяЕ. А.
Russian Federation
shestopalovalb@infran.ruSalikovaD. A.СаликоваД. А.
Russian Federation
shestopalovalb@infran.ruLetyaginP. I.ЛетягинП. И.
Russian Federation
shestopalovalb@infran.ruPavlov Institute of Physiology of the RASИнститут физиологии им. И.П. Павлова РАН08092024383516228022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0235-0092/article/view/675777

Binaural beats are a phenomenon that occurs during dichotic stimulation due to binaural integration. It takes the form of cyclic movement of the sound image in the listener’s acoustic space when the beat frequency range is below 3 Hz. Our subjects used the inserted earphones to listen to the stimuli that created a sense of sound movement due to changes in the interaural time difference (ITD). We used three types of dichotic stimuli which simulated smooth azimuthal cyclic movement and cyclic abrupt shifts. The ITD changes determined central or lateral positions of movement trajectories. The results confirm that both types of movement created the effect of binaural beats. The range of beats depended on the spatial position of the trajectory: in the frontal sector of acoustic space, the range of beats was greater than on the left or right. The perceived trajectories of smooth motion were shorter than the trajectories of abrupt shift. The influence of spatial position on the perceived trajectory length is interpreted from the standpoint of nonlinear features of lateralization. It is suggested that the effect of ITD pattern on the perceived trajectory length is mediated by temporal integration mechanisms of binaural hearing.

Бинауральные биения – это феномен, возникающий при дихотической стимуляции вследствие бинауральной интеграции. Он проявляется как циклическое движение звукового образа в субъективном пространстве, когда диапазон частот биений лежит ниже 3 Гц. Испытуемым подавались шумовые стимулы, создающие ощущение движения за счет линейного или ступенчатого паттерна изменений межушной задержки (ΔT). Диапазоны изменений ΔT определяли положение траекторий движения в центральном или латеральном секторах пространства. Результаты подтверждают, что оба паттерна ΔT создавали эффект бинауральных биений. Влияние пространственного положения на воспринимаемую длину траекторий интерпретируется с точки зрения нелинейных свойств латерализации. Влияние паттерна ΔT на воспринимаемую длину траекторий предположительно опосредовано механизмами временной интеграции в бинауральном слухе.

binaural beatspatial hearingbinaural integrationinteraural time differenceбинауральные биенияпространственный слухбинауральная интеграциямежушные различия по времениРоссийский научный фондRussian Science Foundation24-25-00106Altman Ya. A. Prostranstvennyi slukh. SPb: Institut fiziologii im. I.P. Pavlova RAN, 2011. 311 s. (In Russian).Альтман Я. А. Пространственный слух. СПб: Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 2011. 311 с.Andreeva I. G. Posledeystvie dvizheniya kak universal’noe yavlenie dlya sensornykh sistem, uchastvuyushchikh v orientatsii v prostranstve. II. Slukhovoe posledeystvie. Zhurnal evolyutsionnoy biokhimii i fiziologii. 2015. V. 51(3). P. 145–153 (In Russian).Андреева И. Г. Последействие движения как универсальное явление для сенсорных систем, участвующих в ориентации в пространстве. II. Слуховое последействие. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2015. Т. 51. № 3. С. 145–153.Blauert I. Prostranstvennyi slukh [Spatial Hearing]. Moscow: Energiya, 1979. 225 p. (In Russian).Блауэрт И. Пространственный слух. М.: Энергия, 1979. 225 с.Petropavlovskaia E. A, Shestopalova L. B., Vaitulevich S. F. Predictive ability of the auditory system during smooth and abrupt movements of low-intensity sound images. Journal of higher nervous activity. 2023. V. 61(3). Р. 293–305. (In Russian).Петропавловская Е. А., Шестопалова Л. Б., Вайтулевич С. Ф. Предсказательная способность слуховой системы при плавном движении и скачкообразном перемещении звуковых образов малой длительности. Журнал ВНД. 2011. Т. 61. № 3. С. 293–305.Salikova D., Petropavlovskaia E., Shestopalova L. Distortion of human auditory space in a dynamic acoustic environment. Integrative Physiology. 2023. V. 4(2). Р. 198–212. DOI: 10.33910/2687-1270-2023-4-2-198-212. (In Russian).Саликова Д. А., Петропавловская Е. А., Шестопалова Л. Б. Искажение субъективного пространства в динамической акустической среде. Интегративная физиология. 2023. Т. 4. № 2. С. 198–212. DOI: 10.33910/2687-1270-2023-4-2-198-212Shestopalova L., Salikova D., Petropavlovskaia Е. Auditory after-effect: stationary adapter changes the perceived trajectories of moving sounds. Journal of higher nervous activity. 2023. V. 73(2). Р. 256–270. (In Russian).Шестопалова Л. Б., Саликова Д. А., Петропавловская Е. А. Слуховое последействие: влияние неподвижного адаптера на восприятие движущегося стимула. Журнал ВНД. 2023. Т. 73. № 2. С. 256–270. DOI: 10.31857/S0044467723020107Barlow H. B. Vision: Coding and Efficiency. A theory about the functional role and synaptic mechanism of visual after-effects. New York. Ed. Cambridge University Press, 1990. Р. 363–375.Akeroyd M. A. A binaural beat constructed from noise. J. Acoust. Soc. Am. 2010. V. 128. Р. 3301–3304. DOI: 10.1121/1.3505122Barlow H. B., Hill R. M. Evidence for a physiological explanation of the waterfall phenomenon and figural after-effects. Nature. 1963. V. 28. Р. 1345–1347. DOI: 10.1038/2001345a0Basu S., Banerjee B. Potential of binaural beats intervention for improving memory and attention: insights from meta-analysis and systematic review. Psychol. Res. 2022. V. 87(4). Р. 951–963. DOI: 10.1007/s00426-022-01706-7Bernstein L. R., Trahiotis C. Binaural beats at high frequencies: listeners’ use of envelope-based interaural temporal and intensity disparities. J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 99. Р. 1670–1679. DOI: 10.1121/1.414689Bernstein L. R., Trahiotis C., Akeroyd M. A., Hartung K. Sensitivity to brief changes of interaural time and interaural intensity. J. Acoust. Soc. Am. V. 2001. V. 109. Р. 1604–1615. DOI: 10.1121/1.1354203Blauert J. On the lag of lateralization caused by interaural time and intensity differences. Audiology. 1972. V. 11(5). Р. 265–270. DOI: 10.3109/00206097209072591Carlile S., Leung J. The perception of auditory motion. Trends Hear. 2016. V. 20. Р. 1–19. DOI: 10.1177/2331216516644254Carlile S., Hyams S., Delaney S. Systematic distortions of auditory space perception following prolonged exposure to broadband noise. J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 110. Р. 416–424. DOI: 10.1121/1.1375843Clifford C. W., Wenderoth P., Spehar B. A functional angle on some after-effects in cortical vision. Proc. Biol. Sci. 2000. V. 267. Р. 1705–1710. DOI: 10.1098/rspb.2000.1198Culling J. F., Summerfield Q. Measurements of the binaural temporal window using a detection task. J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 103. Р. 3540–3553. DOI: 10.1121/1.423061Dingle R. N., Hall S. E., Phillips D. P. The three-channel model of sound localization mechanisms: Interaural level differences. J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131(5). Р. 4023–4029. DOI: 10.1121/1.3701877Dingle R. N., Hall S. E., Phillips D. P. The three-channel model of sound localization mechanisms: Interaural time differences. J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 133(1). Р. 417–424. DOI: 10.1121/1.4768799Garcia-Argibay M., Santed M. A., Reales J. M. Efficacy of binaural auditory beats in cognition, anxiety, and pain perception: a meta-analysis. Psychol. Res. 2019. V. 83(2). Р. 357–372. DOI:10.1007/s00426-018-1066-8Getzmann S., Lewald J. The effect of spatial adaptation on auditory motion processing. Hear. Res. 2011. V. 272(1-2). Р. 21–29. DOI: 10.1016/j.heares.2010.11.005Getzmann S., Lewald J. Cortical processing of change in sound location: smooth motion versus discontinuous displacement. Brain Res. 2012. V. 1466. Р. 119–127. DOI: 10.1016/j.brainres.2012.05.033Grantham D. W. Detectability of time-varying interaural correlation in narrow-band noise stimuli. J. Acoust. Soc. Am. 1982. V. 72(4). Р. 1178–1184. DOI: 10.1121/1.388326Grantham D. W. Detectability of time-varying interaural correlation in narrow-band noise stimuli. J. Acoust. Soc. Am. 1982. V. 72(4). Р. 1178-1184. DOI: 10.1121/1.388326Grantham D. W. Discrimination of dynamic interaural intensity differences. J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 76(1). Р. 71–76. DOI:10.1121/1.391009Grantham D. W. Discrimination of dynamic interaural intensity differences. J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 76(1). Р. 71-76. DOI:10.1121/1.391009Grantham D. W., Wightman F. L. Detectability of varying interaural temporal differences. J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 63(2). Р. 511–523. DOI: 10.1121/1.381751Gutschalk A., Micheyl C., Oxenham A. J. The pulse-train auditory aftereffect and the perception of rapid amplitude modulations. J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 123(2). Р. 935–945. DOI: 10.1121/1.2828057Kollmeier B., Gilkey R. H. Binaural forward and backward masking: evidence for sluggishness in binaural detection. J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 87. Р. 1709–1719. DOI: 10.1121/1.399419Licklider J. C.R., Webster J. C., Hedlun J. M. On the frequency limits of binaural beats. J. Acoust. Soc. Am. 1950. V. 22. 468–473. DOI: 10.1121/1.1906629Maffei L., Fiorentini A., Bisti S. Neural correlates of perceptual adaptation to gratings. Science. 1973. V. 182. Р. 1036–1038. DOI: 10.1126/science.182.4116.1036McFadden D., Pasanen E. G. Binaural beats at high frequencies. Science. 1975. V. 190(4212). Р. 394–396. DOI: 10.1126/science.1179219Mills A. W. Lateralization of high-frequency tones. JASA. 1960. V. 32. Р. 132–134.Mills A. W. Lateralization of high-frequency tones. JASA. 1960. V. 32. Р. 132–134Movshon J. A., Lennie P. Pattern-selective adaptation in visual cortical neurons. Nature. 1979. V. 278. Р. 850–852. DOI: 10.1038/278850a0Perrott D. R., Musicant A. D. Rotating tones and binaural beats. J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 61(5). Р. 1288–1292. DOI: 10.1121/1.381430Perrott D. R., & Musicant A. D. Rotating tones and binaural beats. J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 61(5). Р. 1288–1292. DOI: 10.1121/1.381430Perrott D. R., Nelson M. A. Limits for the detection of binaural beats. J. Acoust. Soc. Am. 1969. V. 46(6). Р. 1477–1481. DOI: 10.1121/1.1911890Saberi K. Lateralization of comodulated complex waveforms. J. Acoust. Soc. Am. 1995. V. 98. Р. 3146–3156. DOI: 10.1121/1.413804Salminen N. H., Tiitinen H., May P. J. Auditory spatial processing in the human cortex. The Neuroscientist. 2012. V. 18(6). Р. 602–612. DOI: 10.1177/1073858411434209Salminen N. H., Tiitinen H., May P. J. Auditory spatial processing in the human cortex. The Neuroscientist. 2012. V. 18(6). Р. 602–612. doi:10.1177/1073858411434209Shestopalova L., Petropavlovskaia E., Semenova V., Nikitin N. Brain oscillations evoked by sound motion. Brain Res. 2021. V. 1752. P. 147232. DOI: 10.1016/j.brainres.2020.147232Shestopalova L., Petropavlovskaia E., Semenova V., Nikitin N. Brain oscillations evoked by sound motion. Brain Res. 2021. V. 1752. p. 147232. DOI: 10.1016/j.brainres.2020.147232Shestopalova L., Petropavlovskaia E., 2012 Vaitulevich S., Vasilenko Yu., Nikitin N., Altman J. Discrimination of auditory motion patterns: mismatch negativity study. Neuropsychologia. V. 50. Р. 2720–2729. DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2012.07.043Shestopalova L., Petropavlovskaia E., Vaitulevich S., Vasilenko Yu., Nikitin N., Altman J. Discrimination of auditory motion patterns: mismatch negativity study. Neuropsychologia. 2012 V. 50. Р. 2720–2729. DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2012.07.043