James A. Simmons
James A. Simmons är en pionjär inom biosonarområdet . Hans forskning omfattar beteendemässiga och neurofysiologiska studier av ljudbearbetning i ekoloderande fladdermus . Från det att han började forskarutbildade i slutet av 1960-talet fram till idag har han legat i framkanten av fladdermusekolokaliseringsforskning. Simmons hedrades som fellow i Acoustical Society of America (ASA) 1996 och i American Association for the Advancement of Science 2000. Han tilldelades ASA:s andra Silvermedalj i Animal Bioacoustics 2005. Hans nuvarande position är professor i Institutionen för neurovetenskap, Brown University .
Utbildning
Simmons fick sin kandidatexamen från Lafayette College 1965 med en dubbel major i psykologi och kemi . Han tog sedan en magisterexamen 1968 och en doktorsexamen. i psykologi 1969 från Princeton University . Simmons doktorandforskning involverade studier av ekolokalisering hos fladdermöss, under mentorskap av E. Glen Wever , en av jättarna inom fysiologisk akustik. På den tiden var acceptansen av de processer som ligger till grund för rumsuppfattning genom ekolokalisering inte universell, och ett av de spännande ögonblicken i hans forskarutbildning kom när en skeptisk nobelpristagare, Georg von Békésy , vid ett av sina periodiska besök i Wevers labb, kom till se de uppför sig fladdermöss i "Byggning B. Demonstrationen som Simmons genomförde övertygade inte bara Békésy om att fladdermöss ekolokaliserades utan att de också använder ekofördröjning för att uppskatta målavståndet. Det var inte förrän några år senare som Simmons fick reda på att detta var en upp konstruerad av Wever och Donald Griffin , som då var vid Rockefeller University , för att övertyga Békésy om fladdermusens extraordinära användning av ekolokalisering för att bestämma målavstånd. Simmons avhandling hade titeln "Perception of target distance by echolocating bats. Efter att ha tagit sin doktorsexamen stannade Simmons kvar vid Princeton University som postdoktor vid National Institutes of Health i två år.
Forskning
Simmons fortsatte sin forskning om ekolokalisering av fladdermöss efter att han flyttade till Washington University i St. Louis, Missouri 1971, som biträdande professor i Neural Science Program som var inrymt på psykologiska avdelningen. Mellan 1980 och 1984 undervisade och bedrev han forskning som professor vid Institutionen för biologi och Institutet för neurovetenskap, University of Oregon i Eugene, Oregon . 1984 flyttade Simmons till Brown University i Providence, Rhode Island , där hans fru Andrea hade anställts som biträdande professor vid psykologiska avdelningen. Båda är nu professorer vid neurovetenskapliga och psykologiska institutionerna vid Brown University, respektive.
Simmons utvecklade metoder för att utföra psykofysiska studier av ekolodsbearbetning av fladdermöss, och forskare runt om i världen har anammat dessa metoder för att ta itu med ett brett spektrum av forskningsfrågor. Simmons var den första som använde elektroniskt fördröjd uppspelning av fladdermusens ekolokaliseringssignaler för att simulera målekon för att studera perception hos fladdermöss. Han använde sådana "fantom" målekon för att för första gången mäta målavståndsskillnadsdiskrimineringströsklar för ekolokaliserande fladdermöss. Simmons studerade ekolodsavståndsprestanda hos fladdermöss genom att bestämma den minsta skillnaden i ekofördröjning som ett ekolokalerande djur kan urskilja. Med detta paradigm uppskattade Simmons att fladdermöss kan urskilja en räckviddsskillnad på cirka 1 centimeter, vilket motsvarar en ekofördröjningsskillnad på cirka 60 mikrosekunder.
Simmons fortsatte att studera ekolodsavståndsprestanda i ekolodande fladdermöss, och i slutet av 1970-talet introducerade han en ny beteendeuppgift, som krävde att fladdermusen skulle skilja ett ekolodsmål som returnerar ekon med en fast fördröjning från ett återkommande ekon som växlade mellan två fördröjningar. I detta experiment fann Simmons att den ekolokaliserande fladdermusen kan urskilja ett jitter i ekofördröjning i submikrosekundområdet, motsvarande en förändring i målavstånd på mindre än 0,1 mm. Detta resultat, som ursprungligen publicerades 1979 i Science, "Perception of echo phase information in bat sonar", demonstrerade en häpnadsväckande noggrannhet i avståndet av den ekolokaliserande fladdermusen. Många forskare inom området ifrågasatte rapporten, eftersom de hävdade att det inte var biologiskt möjligt för fladdermusens ekolodssystem att urskilja så små tidsskillnader vid ultraljudsfrekvenser . Simmons fortsätter att arbeta med detta problem för att utforska biologiska processer som kan stödja känslighet för små förändringar i ekofördröjning.
Genom beteendeexperiment visade Simmons tidsvarierande vinst i ekolodsmottagaren för ekolodande fladdermöss. Hörselkänsligheten hos den stora bruna fladdermusen minskar innan varje ekolodspuls sänds ut och återhämtar sig sedan på ett logaritmiskt sätt för att kompensera för tvåvägsöverföringsförlusten av ekolodsretur, och bibehåller därigenom en konstant ekosensationsnivå över ett avstånd på cirka 1,5 meter. Detta är funktionellt viktigt för fladdermusen, eftersom det stabiliserar fladdermusens uppskattning av ekotkomsttid, dess signal för målavstånd.
Förutom Simmons bidrag till vår förståelse av perception av ekolod, har han genomfört neurofysiologiska experiment i ekolokalisering av fladdermöss. Ett av hans manuskript publicerat med medförfattarna Albert Feng och Shelley Kick i Science hade en djupgående inverkan på studiet av neurofysiologi hos ekolokalerande fladdermöss. Denna artikel beskriver svarsegenskaperna hos hörselneuroner i fladdermusens centrala nervsystem som visar underlättade svar på par av ljud åtskilda av ett begränsat antal biologiskt relevanta förseningar. Dessa neuroner uppvisar responsen som är känd som "ekofördröjningsjustering eller "avståndsinställning, vilket skulle kunna tillhandahålla det neurala substratet för målavståndskodning. Den publicerade rapporten om denna population av fördröjningsinställda neuroner av Simmons och kollegor föregick de första artiklarna av Nobuo Suga och hans grupp, som sedan dess har publicerat mycket om detta ämne.
Under de senaste fem åren har Simmons använt nya metoder för att göra termiska infraröda videoinspelningar av fladdermöss som flyger i naturliga situationer. Han utvecklade ett stereovideosystem som låter honom observera fladdermöss i 3D och lyssna på deras ljud medan de beter sig. Dessa studier har lett till nya upptäckter som utmanar vår förståelse av ekolokaliseringsbeteende hos fladdermöss.
Pris och ära
- 1965: James McKeen Cattell- priset, Lafayette College Psychology Department.
- 1969: National Institutes of Health Research Scientist Development Award
- 1996: Vald till fellow i Acoustical Society of America
- 2000: Vald till en fellow i American Association for the Advancement of Science
- 2005: Silvermedalj i Animal Bioacoustics , Acoustical Society of America, "för bidrag till att förstå fladdermusekolokalisering."
Vetenskapliga publikationer
Simmons har publicerat omfattande, med över 95 tidskriftsartiklar i prestigefyllda tidskrifter, inklusive 8 i Science , 2 i Nature och 20 i Journal of the Acoustical Society of America ( JASA).