1. Un experimento: la lechuza común atrapa al ratón solo por su sonido en una habitación oscura
En una habitación oscura donde el sonido no se filtra hacia afuera, se coloca una lechuza común y solo los pequeños sonidos que produce un ratón. En los experimentos de laboratorio de los neurocientíficos Konishi y Knudsen, se presentó que la lechuza común puede encontrar y atrapar a su presa solo por el sonido [1]. En el experimento de Payne de 1971, se dirigió a la lechuza hacia un altavoz que emitía un sonido similar a una rata arrastrando hojas, en lugar de un chillido. Se midió la precisión analizando las huellas dejadas en la arcilla alrededor del altavoz y su desviación del centro [2]. Se considera que la lechuza depende principalmente de sonidos de más de aproximadamente 5 kilohertz [2]. En este experimento, se indica que el error es menor a 1 grado tanto vertical como horizontalmente. Otra presentación de estudios escribe aproximadamente 1.5 grados [5], por lo que las cifras varían según la fuente. En cualquier caso, 1 grado equivale a una desviación de aproximadamente 17.5 cm a 10 metros de distancia, y 1.5 grados a unos 26 cm. Estos valores son cálculos basados en el ángulo, no distancias medidas en el experimento. Entonces, ¿de qué parte del cuerpo proviene esa precisión? Primero, observemos la posición de los oídos.
2. Por qué los oídos de la lechuza están colocados a distinta altura, uno más arriba y otro más abajo
Los orificios de los oídos de la lechuza común tienen posiciones y orientaciones ligeramente diferentes en los lados izquierdo y derecho de la cabeza, colocados asimétricamente. Estos oídos asimétricos también existen en lechuzas de otros géneros [3]. Se presenta que se crea un mapa tridimensional de los sonidos circundantes utilizando la diferencia en los sonidos recibidos por los oídos izquierdo y derecho [3]. Las explicaciones en japonés también indican que, debido a que los oídos izquierdo y derecho están desplazados verticalmente, es posible captar la posición de la fuente de sonido en tres dimensiones [8]. Si imaginamos dos micrófonos, uno orientado hacia arriba y el otro hacia abajo, el sonido que viene de arriba se captará más fuerte en el micrófono superior, y el sonido que viene de abajo se captará más fuerte en el inferior. Aunque los oídos de la lechuza son mucho más complejos que esta analogía, la idea de que "si la orientación es diferente, el mismo sonido suena diferente" es similar. Si los oídos tienen diferentes orientaciones verticalmente, también surge una diferencia en el volumen del sonido. Además, hay trucos en la cara alrededor de los oídos.
3. Cómo el disco facial de plumas recoge el sonido y lo dirige hacia los oídos
En la cara de la lechuza común hay una superficie de plumas en forma de plato redondo. Se llama disco facial, y Stanford Birds explica que las plumas duras forman una superficie cóncava que refleja el sonido hacia los oídos [1]. En un estudio de Hausmann y otros de 2009, se investigó qué pasaría si no hubiera disco facial mediante un experimento virtual. Al calcular como si se hubiera eliminado el disco facial, se reportó que el rango de diferencias de tiempo utilizadas para juzgar la izquierda y la derecha se redujo, y la forma en que se producen las diferencias de volumen para juzgar arriba y abajo cambió, es decir, cambiaron las pistas que se usan para determinar la posición [4]. En los cálculos de este estudio, eliminar el disco facial cambió las pistas para distinguir izquierda/derecha y arriba/abajo. Sin embargo, esta es la conclusión de un solo estudio. Entonces, ¿cómo se calcula la posición a partir del sonido que llega a los oídos?
4. Cómo la lechuza distingue izquierda y derecha por el tiempo, y arriba y abajo por el volumen
Con dos oídos, se puede determinar la dirección del sonido. La diferencia izquierda-derecha se basa principalmente en la desviación de tiempo en la que el sonido llega a ambos oídos (diferencia de tiempo). La diferencia arriba-abajo se basa principalmente en la diferencia de volumen percibida por ambos oídos (diferencia de volumen) [4]. La correspondencia clara entre la diferencia de volumen y la posición vertical se da en un rango de aproximadamente ±40 grados en vertical y ±60 grados a los lados, cerca del frente [4]. Konishi y otros realizaron un experimento donde hicieron escuchar a la lechuza sonidos con una diferencia de tiempo de 10 a 30 microsegundos entre los oídos izquierdo y derecho usando pequeños auriculares [5]. La lechuza reaccionó a esos sonidos con diferencias de tiempo extremadamente pequeñas. Como 1 microsegundo es una millonésima de segundo, 20 microsegundos son una cincuentamilésima de segundo. Esta cifra es la diferencia de tiempo añadida al sonido en el experimento, no el error en la posición de la presa. Además, "la diferencia de tiempo es para izquierda/derecha, la diferencia de volumen es para arriba/abajo" es una organización simplificada de las pistas principales.
5. Cómo el cerebro de la lechuza forma un mapa de la posición del sonido
Las pequeñas diferencias que llegan desde los oídos se convierten en un mapa que representa la posición del sonido dentro del cerebro. Se presenta que Knudsen y Konishi demostraron en 1978 que existe un mapa de la posición del sonido en el mesencéfalo de la lechuza común. El mapa tiene dos coordenadas: horizontal y vertical [6]. Más tarde, se presentó que Knudsen encontró que el mapa del sonido y el mapa visual están en el mismo lugar del mesencéfalo (el tectum óptico) [6]. Esto significa que el mapa que representa la posición del sonido y el mapa que representa la posición visual se superponen. Sin embargo, los materiales utilizados aquí son principalmente resúmenes obtenidos mediante búsqueda, no los artículos originales. Si se desean detalles finos, es más seguro consultar los artículos originales. Así, el cerebro calcula la posición a partir del sonido. Sin embargo, si el sonido de las alas de la lechuza es fuerte mientras se acerca, podría interferir con la escucha de los sonidos de la presa.
6. Cómo las alas de la lechuza vuelan en silencio para que pueda escuchar a su presa
Las alas de la lechuza tienen tres características para volar en silencio: el borde frontal dentado (serración), el borde posterior con flecos y la estructura aterciopelada de la superficie de la pluma [7]. Se dice que los bordes frontal y posterior ordenan el flujo de aire, y los pelos de la superficie reducen el sonido de la fricción [7]. Sobre la serración del borde frontal, Stanford Birds explica que perturba el flujo de aire y suprime el sonido causado por los remolinos [1]. Se explica que la razón para volar en silencio es que el sonido de sus propias alas no interfiera con la detección de los sonidos de la presa [1]. Para una lechuza que encuentra presas por sonido, un vuelo silencioso es como una parte de su oído. Esta forma de ala también se ha aplicado a herramientas humanas. La Universidad de Chiba y Mitsui Chemicals realizaron una demostración de reducción de ruido aplicando la estructura de serración del ala de la lechuza a las hélices de drones [8].
7. Actividad para probar: señalar con los ojos cerrados la dirección de un sonido
Una persona se sienta en una silla con los ojos cerrados y otra produce un sonido pequeño desde un lugar algo alejado. El sonido debe ser silencioso, como frotar los dedos o arrugar papel. La persona con los ojos cerrados señala la dirección de donde viene el sonido. Cambien la posición a frente, atrás, derecha e izquierda, y comparen cuál es más fácil de acertar. No alcanzarán la precisión de la lechuza, pero podrán sentir la dificultad de determinar la dirección del sonido. Sin embargo, asegúrense de no producir sonidos fuertes y de realizarlo en un lugar sin objetos alrededor, ya que se moverán. Prueben a poner las manos curvadas detrás de las orejas y comparen si cambia la forma en que escuchan. Piensen en esto junto con la explicación de que el disco facial recoge el sonido. Si desean saber más, la explicación de Stanford Birds [1] y la página en japonés de Sharp [8] son buenos puntos de entrada.