Джеймс А. Симмонс

Чтобы узнать о других людях с таким же именем, см. Джеймса Симмонса .

Джеймс А. Симмонс – пионер в области биосонаров . Его исследования включают поведенческие и нейрофизиологические исследования обработки звука летучими мышами, владеющими эхолокацией . С тех пор, как он начал аспирантуру в конце 1960-х годов и по настоящее время, он находится в авангарде исследований эхолокации летучих мышей. Симмонс был удостоен звания члена Акустического общества Америки (ASA) в 1996 году и Американской ассоциации содействия развитию науки в 2000 году. В 2005 году он был награжден второй серебряной медалью ASA в области биоакустики животных. Его нынешняя должность — профессор кафедры нейронаук Брауновского университета .

Образование

Симмонс получил степень бакалавра в колледже Лафайет в 1965 году по двойной специализации в области психологии и химии . Затем в 1968 году он получил степень магистра и доктора философии. Степень бакалавра психологии в 1969 году в Принстонском университете . Аспирантура Симмонса включала изучение эхолокации у летучих мышей под руководством Э. Глена Вивера , одного из гигантов в области физиологической акустики. В то время признание процессов, лежащих в основе пространственного восприятия посредством эхолокации, не было универсальным, и один из волнующих моментов его аспирантуры наступил, когда скептически настроенный нобелевский лауреат Георг фон Бекеши во время одного из своих периодических визитов в лабораторию Вевера пришел к Посмотрите на поведение летучих мышей в «Здании B». Демонстрация, которую провел Симмонс, не только убедила Бекеши в том, что летучие мыши обладают эхолокацией, но и в том, что они также используют задержку эха для оценки расстояния до цели. Лишь несколько лет спустя Симмонс обнаружил, что это была установка. разработан Вевером и Дональдом Гриффином , который тогда учился в Университете Рокфеллера. , чтобы убедить Бекеши в необычном использовании летучими мышами эхолокации для определения дальности до цели. Диссертация Симмонса была озаглавлена ​​«Восприятие целевого расстояния с помощью эхолокации летучих мышей». После получения докторской степени Симмонс оставался в Принстонском университете в качестве постдокторанта Национального института здравоохранения в течение двух лет.

Исследовать

Симмонс продолжил свои исследования в области эхолокации летучих мышей после того, как в 1971 году он переехал в Вашингтонский университет в Сент-Луисе , штат Миссури, в качестве доцента программы нейронаук , которая располагалась на факультете психологии. В период с 1980 по 1984 год он преподавал и проводил исследования в качестве профессора кафедры биологии и Института нейронаук Орегонского университета в Юджине, штат Орегон . В 1984 году Симмонс переехал в Университет Брауна в Провиденсе, штат Род-Айленд , где его жена Андреа была нанята доцентом факультета психологии. Оба сейчас являются профессорами факультетов неврологии и психологии в Университете Брауна соответственно.

Симмонс разработал методы проведения психофизических исследований обработки сонара летучими мышами, и исследователи по всему миру применили эти методы для решения широкого круга исследовательских вопросов. Симмонс был первым, кто использовал воспроизведение эхолокационных сигналов летучих мышей с электронной задержкой для имитации целевого эха для изучения восприятия летучих мышей. Он использовал такие «фантомные» эхо-сигналы от цели для измерения порогов распознавания разницы в дальности до цели у летучих мышей, определяющих эхолокацию. Симмонс изучал эффективность сонара у летучих мышей, определяя минимальную разницу в задержке эха, которую может различить животное, владеющее эхолокацией. Используя эту парадигму, Симмонс подсчитал, что летучие мыши могут различать разницу в дальности примерно в 1 сантиметр, что соответствует разнице задержки эха примерно в 60 микросекунд.

Симмонс продолжал изучать характеристики определения дальности сонара у летучих мышей, выполняющих эхолокацию, и в конце 1970-х годов он представил новую поведенческую задачу, требующую от летучей мыши отличать возвращаемые эхо-сигналы цели сонара с фиксированной задержкой от одного возвращающегося эхо, которое чередовалось между двумя задержками. В этом эксперименте Симмонс обнаружил, что летучая мышь-эхолокатор может различать дрожание задержки эха в субмикросекундном диапазоне, что соответствует изменению расстояния до цели менее чем на 0,1 мм. Этот результат, первоначально опубликованный в 1979 году в журнале Science «Восприятие информации о фазе эха в гидролокаторе летучих мышей», продемонстрировал удивительную точность определения дальности с помощью эхолокационной летучей мыши. Многие исследователи в этой области оспорили этот отчет, поскольку они утверждали, что гидролокационная система летучей мыши биологически не способна распознавать такие небольшие различия во времени на ультразвуковых частотах. Симмонс продолжает работать над этой проблемой, изучая биологические процессы, которые могут поддерживать чувствительность к небольшим изменениям задержки эха.

С помощью поведенческих экспериментов Симмонс продемонстрировал изменяющееся во времени усиление приемника эхолокатора летучих мышей. Слуховая чувствительность большой коричневой летучей мыши снижается перед испусканием каждого гидролокационного импульса, а затем восстанавливается логарифмическим образом , чтобы компенсировать двусторонние потери при передаче отраженных сигналов сонара, тем самым поддерживая постоянный уровень ощущения эха на расстоянии около 1,5 метров. Это функционально важно для летучей мыши, поскольку стабилизирует оценку времени прихода эха и ее сигнал о расстоянии до цели.

Помимо вклада Симмонса в наше понимание восприятия с помощью сонара, он провел нейрофизиологические эксперименты по эхолокации летучих мышей. Одна из его рукописей опубликована совместно с соавторами Альбертом Фенгом и Шелли Кик в журнале Science. оказали глубокое влияние на изучение нейрофизиологии летучих мышей, владеющих эхолокацией. В этой статье описываются свойства реакции слуховых нейронов центральной нервной системы летучих мышей , которые демонстрируют облегченные реакции на пары звуков, разделенных ограниченным диапазоном биологически значимых задержек. Эти нейроны обладают характеристикой ответа, известной как «настройка задержки эха» или «настройка диапазона», которая может обеспечить нейронный субстрат для целевого дистанционного кодирования. Опубликованный отчет Симмонса и его коллег об этой популяции нейронов с задержкой настройки предшествовал первым статьям Нобуо Суги и его группы, которые с тех пор опубликовали множество публикаций по этой теме.

За последние пять лет Симмонс использовал новые методы для создания тепловых инфракрасных видеозаписей летучих мышей, летающих в естественных условиях. Он разработал систему просмотра стереовидео, которая позволяет ему наблюдать за летучими мышами в 3D и слушать их звуки во время их поведения. Эти исследования привели к новым открытиям, которые бросают вызов нашему пониманию эхолокационного поведения летучих мышей.

Награды и почести

• 1965: Премия Джеймса Маккина Кеттелла , факультет психологии колледжа Лафайет.
• 1969: Национального института здравоохранения за развитие ученых-исследователей Премия
• 1996: Избран членом Акустического общества Америки.
• 2000: избран членом Американской ассоциации содействия развитию науки.
• 2005: Серебряная медаль в области биоакустики животных , Акустическое общество Америки, «за вклад в понимание эхолокации летучих мышей».

Научные публикации

Симмонс опубликовал множество публикаций, написав более 95 журнальных статей в престижные журналы, в том числе 8 в области науки , 2 в журнале Nature и 20 в Журнале Акустического общества Америки (JASA).

Внешние ссылки

• Домашняя страница Симмонса в Университете Брауна