Особенности отображения частотной структуры сигналов в периферическом отделе слухового анализатора в норме и патологии

В данной работе рассматривается влияние на отображение частотной структуры сигналов на выходе модели периферической части слуховой системы нелинейной локальной обратной связи по микрофонным и суммационным потенциалам, описанной в работах Л.Н. Бабкиной и соавт. [1, 2]. Было показано [1], что рассматриваемая модель позволяет объяснить принцип формирования остроселективной реакции колебательной системы внутреннего уха на тональный стимул. Были определены значения постоянных коэффициентов, входящих в модель, при которых амплитудно-частотные характеристики базилярной мембраны оказываются близкими к частотнопороговым кривым волокон слухового нерва и к соответствующим характеристикам внутрирецепторных потенциалов внутренних волосковых клеток. Используя полученную модель, были построены ее отклики на сигналы со сложной частотной структурой [2]. При этом степень нарушений в функционировании механизмов внутреннего уха, формирующих частотноселективные свойства периферической части слуховой системы, в модели характеризуется значением коэффициента "К1" (см. работу [2]). Значению К1=0 соответствует полное отсутствие обратной связи, т.е. полное нарушение функционирования наружных волосковых клеток. Нормальному состоянию системы обратной связи соответствует значение К1=0,7. Промежуточные значения К1 моделируют частичное нарушение действия механизмов, обусловливающих локальные обратные связи во внутреннем ухе. Приведенные на рис. 1-3 отображения звуков показывают, что колебательная система внутреннего уха обеспечивает автоматическое выделение для передачи по афферентным путям в высшие отделы нервной системы наиболее информативно значимых участков отображения, а именно местоположения формантных частот. Все остальные участки отображения оказываются заторможенными (рис. 1,б, 2,б, 3,б).

Если функционирование наружных волосковых клеток нарушается, т.е. обратная связь существенно ослабляется, то отображение претерпевает кардинальное изменение. Легко видеть, что формантная структура звуков уже не выделяется. Зоны торможения исчезают (рис. 1,в; 3,в). Соответственно различение звуков будет ухудшено. Особенно резкое ухудшение различения звуков будет наблюдаться при наличии помех. Приведенные выше результаты показывают, что ухудшение функционирования механизмов обратной связи в периферическом отделе слуховой системы может приводить к существенному ухудшению отображения частотной структуры сигналов на выходе периферического отдела слуховой системы. При этом нарушается восприятие формантной структуры звуков речи и соответственно нарушается разборчивость ее восприятия. Выделение в колебательной системе внутреннего уха тех компонент сигнала, которые являются наиболее информативными, и одновременное подавление колебаний, вызванных действием менее важных компонент звуков, приводит к существенному сокращению общего потока импульсаций, поступающих по афферентным путям в высшие отделы нервной системы. И наоборот, отсутствие такого механизма ведет к возрастанию потока импульсаций, поступающих в высшие отделы нервной системы от неинформативных участков отображения. Это может являться причиной появления сильного шума в ушах, что характерно для многих пациентов, страдающих сенсоневральной тугоухостью.

Рассмотрение отображений спектральной структуры звуков речи в норме (при действии механизмов обратной связи) и при патологии (при отсутствии этих механизмов) позволяет предложить метод, который может быть использован для улучшения восприятия звуков речи пациентами с сенсоневральной тугоухостью. Для улучшения отображения частотной структуры звуков на выходе периферического отдела слуховой системы необходимо с помощью предварительной обработки сигналов увеличить контрастность их частотной структуры с подчеркиванием наиболее информативно значимых частотных составляющих их спектров. Пример такой реконструкции сигнала приведен на рис. 1 и 2. Из рис. 1 видно, что при существенном ослаблении обратной связи отображение звука "а" на выходе данной модели периферического отдела слуха перестает отражать его формантную структуру (рис. 1,в). В то же время, если в процессе обработки звука "а" он будет заменен двумя составляющими, частоты которых соответствуют его формантным частотам, то отображение реконструированного звука будет описывать формантную структуру исходного звука даже при существенном ослаблении обратной связи (рис. 2,в).

Интересно знать

Физиология половой системы
Еще в "Диалогах" Платона имеется миф о первоначальных совершенных людях, андрогинах, каждый из которых представлял собой сросшихся мужчину и женщину. Было это мужественное, умное и красивое существо с двумя головами, четырьмя руками и таким же количеством ног, с круглой шеей, с двумя одинаковыми л ...

Пренатальное развитие
Еще не родившийся ребенок - это формирующееся человеческое существо. Влияние отношений матери к еще не родившемуся ребенку исключительно важно для его развития. Также важны взаимоотношения матери и отца. Любовь, с которой мать вынашивает ребенка; мысли, связанные с его появлением; богатство общения, кот ...