James A. Simmons es un pionero en el campo del biosonar . Su investigación incluye estudios conductuales y neurofisiológicos del procesamiento del sonido en el murciélago ecolocalizador . Desde que comenzó su investigación de posgrado a fines de la década de 1960 hasta el presente, ha estado a la vanguardia de la investigación de la ecolocalización de los murciélagos. Simmons fue honrado como miembro de la Sociedad Acústica de Estados Unidos (ASA) en 1996 y de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en 2000. Recibió la segunda Medalla de Plata de la ASA en Bioacústica Animal en 2005. [1] Su puesto actual es Profesor en el Departamento de Neurociencia de la Universidad de Brown .
Simmons obtuvo su licenciatura en el Lafayette College en 1965 con una doble especialización en Psicología y Química . Luego obtuvo una maestría en 1968 y un doctorado en Psicología en 1969 en la Universidad de Princeton . La investigación de posgrado de Simmons involucró estudios de ecolocalización en murciélagos, bajo la tutoría de E. Glen Wever , uno de los gigantes de la acústica fisiológica. En ese momento, la aceptación de los procesos subyacentes a la percepción espacial por ecolocalización no era universal, y uno de los momentos emocionantes de su formación de posgrado se produjo cuando un escéptico Premio Nobel, Georg von Békésy , en una de sus periódicas visitas al laboratorio de Wever, fue a ver a los murciélagos en comportamiento en el "Edificio B". La demostración que realizó Simmons no solo convenció a Békésy de que los murciélagos ecolocalizan, sino que también utilizan el retardo del eco para estimar la distancia al objetivo. No fue hasta algunos años después que Simmons descubrió que se trataba de un montaje diseñado por Wever y Donald Griffin , que estaba entonces en la Universidad Rockefeller , para convencer a Békésy sobre el extraordinario uso de la ecolocalización por parte de los murciélagos para determinar la distancia al objetivo. La disertación de Simmons se tituló "Percepción de la distancia del objetivo por murciélagos ecolocalizadores". Después de recibir su doctorado, Simmons permaneció en la Universidad de Princeton como aprendiz postdoctoral de los Institutos Nacionales de Salud durante dos años.
Simmons continuó su investigación sobre la ecolocalización de los murciélagos después de mudarse a la Universidad de Washington en St. Louis , Missouri en 1971, como profesor asistente en el Programa de Ciencias Neuronales que estaba alojado en el Departamento de Psicología. Entre 1980 y 1984, enseñó y realizó investigaciones como profesor en el Departamento de Biología y el Instituto de Neurociencia de la Universidad de Oregón en Eugene, Oregón . En 1984, Simmons se mudó a la Universidad Brown en Providence, Rhode Island , donde su esposa Andrea había sido contratada como profesora asistente en el Departamento de Psicología. Ambos son ahora profesores en los Departamentos de Neurociencia y Psicología de la Universidad Brown, respectivamente.
Simmons desarrolló métodos para realizar estudios psicofísicos del procesamiento del sonar por parte de los murciélagos, y los investigadores de todo el mundo han adoptado estos métodos para abordar una amplia gama de cuestiones de investigación. Simmons fue el primero en utilizar reproducciones electrónicamente retardadas de las señales de ecolocalización de los murciélagos para simular ecos de objetivos para el estudio de la percepción en los murciélagos. Utilizó estos ecos de objetivos "fantasma" para medir, por primera vez, los umbrales de discriminación de la diferencia de alcance de los objetivos de los murciélagos que utilizan la ecolocalización. Simmons estudió el rendimiento de la medición de la distancia mediante sonar en los murciélagos determinando la diferencia mínima en el retardo del eco que un animal que utiliza la ecolocalización puede discriminar. Con este paradigma, Simmons estimó que los murciélagos pueden discriminar una diferencia de alcance de aproximadamente 1 centímetro, lo que corresponde a una diferencia de retardo del eco de aproximadamente 60 microsegundos.
Simmons continuó estudiando el desempeño de la medición de distancia por sonar en murciélagos ecolocalizadores y, a fines de la década de 1970, introdujo una nueva tarea de comportamiento, que requería que el murciélago discriminara un objetivo de sonar que devolvía ecos con un retraso fijo de otro que devolvía ecos que alternaban entre dos retrasos. En este experimento, Simmons descubrió que el murciélago ecolocalizador puede discriminar una fluctuación en el retraso del eco en el rango de submicrosegundos, correspondiente a un cambio en la distancia al objetivo de menos de 0,1 mm. Este resultado, publicado originalmente en 1979 en Science, "Percepción de la información de la fase del eco en el sonar de los murciélagos", demostró una asombrosa precisión de medición de distancia por parte del murciélago ecolocalizador. Muchos investigadores en el campo cuestionaron el informe, porque afirmaron que no era biológicamente posible que el sistema de sonar del murciélago discriminara diferencias de tiempo tan pequeñas en frecuencias ultrasónicas . Simmons continúa trabajando en este problema para explorar los procesos biológicos que podrían respaldar la sensibilidad a pequeños cambios en el retraso del eco.
Mediante experimentos de comportamiento, Simmons demostró una ganancia variable en el tiempo en el receptor del sonar de los murciélagos que utilizan la ecolocalización. La sensibilidad auditiva del murciélago café grande disminuye antes de que se emita cada pulso del sonar y luego se recupera de manera logarítmica para compensar la pérdida de transmisión bidireccional de los retornos del sonar, manteniendo así un nivel de sensación de eco constante a lo largo de una distancia de aproximadamente 1,5 metros. Esto es funcionalmente importante para el murciélago, ya que estabiliza la estimación del murciélago del tiempo de llegada del eco, su señal para la distancia del objetivo.
Además de las contribuciones de Simmons a nuestra comprensión de la percepción por sonar, ha realizado experimentos neurofisiológicos en murciélagos ecolocalizadores. Uno de sus manuscritos publicado con los coautores Albert Feng y Shelley Kick en Science [2] tuvo un profundo impacto en el estudio de la neurofisiología de los murciélagos ecolocalizadores. Este artículo describe las propiedades de respuesta de las neuronas auditivas en el sistema nervioso central de los murciélagos que muestran respuestas facilitadas a pares de sonidos separados por un rango limitado de retrasos biológicamente relevantes. Estas neuronas exhiben la característica de respuesta conocida como "ajuste de retardo de eco " o "ajuste de rango", que podría proporcionar el sustrato neuronal para la codificación de la distancia del objetivo. El informe publicado sobre esta población de neuronas ajustadas al retardo por Simmons y colegas precedió a los primeros artículos de Nobuo Suga y su grupo, quienes desde entonces han publicado ampliamente sobre este tema.
En los últimos cinco años, Simmons ha utilizado nuevos métodos para realizar grabaciones de vídeo infrarrojas térmicas de murciélagos volando en situaciones naturales. Desarrolló un sistema de visualización de vídeo estéreo que le permite observar a los murciélagos en 3D y escuchar sus sonidos mientras se comportan. Estos estudios han dado lugar a nuevos descubrimientos que desafían nuestra comprensión del comportamiento de ecolocalización de los murciélagos.
Simmons ha publicado extensamente, con más de 95 artículos en revistas prestigiosas, incluidas 8 en Science , 2 en Nature y 20 en el Journal of the Acoustical Society of America (JASA).