3.2. Организация моноурального анализатора

Привет, Вы узнаете о том , что такое моноуральны анализатор , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое моноуральны анализатор , эффект консонанса, консонанс звука, диссонанс звука , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Нейробионика.

Слуховой анализатор представляется в виде многоуровневой иерархической системы. Поступающий на ухо звуковой сигнал предварительно подвергается акустической обработке во внешнем, среднем и внутреннем ухе, после чего на уровне рецепторов перекодируется в электрическую форму и обрабатывается в нейронных структурах слухового анализатора. В разделе описаны нейроподобные структуры, выполняющие такие операции, как позиционное кодирование (кодирование номером информационного канала или местом возбужденного элемента) интенсивности и частоты, детектирование тональности звуков, детектирование гласных и согласных. Описана структурно-функциональная «сферическая» модель фонематического слуха.

3.2.1. Кодирование интенсивности

В основе кодирования интенсивности лежит преобразоние степени возбуждения каждого рецептора, чувствительного к определенной частоте звука, в число связанных с ним возбужденных нейронов спирального ганглия. Нейроны спирального ганглия отвечают нарастающим возбуждением при усилении звукового сигнала. Пороги нейронов различаются в широких пределах. Для каждой частоты имеется несколько нейронов с разными порогами,
характеристики которых перекрывают весь динамический диапазон слуха по интенсивности. Можно представить два

способа организации селективных детекторов интенсивности.
Селективные детекторы интенсивности формируются на слое L2 посредством попарной алгебраической суммации с разным знаком входов двух соседних градуальных нейронов — элементов слоя Lx\ более низкопорогового с возбуждающим эффектом и более высокопорогового с тормозным эффектом. Пороги элементов Lx монотонно возрастают слева направо. Линейка селективных детекторов интенсивности перекодирует величину
интенсивности звукового сигнала в место положения максимума возбуждения на наборе селективных детекторов
интенсивности (рис. 3.2). Чем меньше сдвиг соседних характеристик элементов Ll5 тем выше избирательность элементов L2.
Если в данный момент t интенсивность / (t) входного для слоя L1 сигнала равна /*, то на L2 возникнет локальная область возбужденных селективных детекторов с центром в точке у*. Таким образом, при изменении интенсивности входного сигнала локальная область возбуждения на L2 перемещается так, что координата центра этой области остается пропорциональной текущему значению интенсивности у* (t) = I (t). Сеть селективных детекторов формируется из градуальных нейронов, упорядоченно распределенных по порогам вдоль оси у на слое L1# Между нейронами действуют латеральные тормозные связи за счет вставочных
тормозных элементов. Пороги тормозных элементов одинаковые, равные нулю. При конкретном входном сигнале / (t) = = у* на слое Ьг возбуждается линейка нейронов, край которой приходится на координату у = у*. За счет механизмов латерального торможения крайний элемент линейки выделяется (рис. 3.3). При изменении интенсивности координата края возбужденной области на L1 и координата центра локальной области на L2 остаются
пропорциональными текущему значению интенсивности у* = I(t)

3.2.2. Отображение частоты — интенсивности звука на квазирецептивную поверхность детекторов,
селективных к комбинациям частоты и интенсивности

Звуковой сигнал поступает на ансамбль градуальных нейронов, селективных по частоте. В каждом частотном канале формируются детекторы, селективные к интенсивности. Описанное множество нейронов образует квазирецептивную поверхность — двумерный слой L. Вдоль

направления х слоя упорядоченно располагаются элементы, чувствительные к определенной частоте (связанные с определенным участком основной мембраны). Вдоль направления у располагаются селективные детекторы интенсивности, образованные в соответствии со схемой, описанной в разд. 3.2.1.

Например, слой L (рис. 3.4) составляется из комбинации одномерных слоев Ьг и L2 (рис. 3.2), равномерно распределенных вдоль направления х. Вследствие такой организации слоя L в ответ на входной сигнал F (t) = /* sin (2я/*£) в плоскости ху слоя L возникает локальная область возбуждения с центром в точке (х*, I/*), где х* =/*, у* = I* (рис. 3.4). Если входной сигнал имеет сложный спектр, то на L возникает область в виде узкой кривой полосы у (х), представляющей собой огибающую мгновенного частотного спектра сигнала. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . За счет механизмов латерального торможения,действующих в сети L (в случае организации детекторов
интенсивности по способу, указанному в разд. 3.2.1, или при дополнении сети прямыми латеральными тормозными связями), могут быть выделены локальные максимумы спектра [24].

3.2.3. Детекторы изменения частоты звука

Рассмотрим два способа организации нейроподобных детекторов изменения частоты звука (частотной модуляции). Детектирование знака изменения частотой. Введением анизотропного пресинаптического торможения между выходами детекторов частоты могут быть образованы детекторы направления изменения частоты звука — детекторы возрастания или убывания частоты (рис. 3.5). Например, при возрастании частоты вдоль слоя детекторов частоты Lx слева направо перемещается локальная область возбуждения. Детекторы частоты имеют возбуждающие окончания на детекторах Д22 и Д21 слоя L2. Каждый детектор Д1к слоя L1 имеет пресинаптический тормозной контакт (запрещающий) на возбуждающем контакте детектора Дп+i, расположенном на Д22, а также на возбуждающем контакте детектора Дхч-х-,расположенном на Д21. В результате такой организации связей при возрастании частоты — перемещения вдоль L3 локальной области возбуждения слева направо — будет возбужден Д21 и заторможен Д22. При уменьшении частоты — перемещения локальной области вдоль Lx справа налево вдоль Ьг — будет возбужден Д22 и заторможен Д21.
Детектирование величины скорости изменения частоты. Чем больше скорость изменения частоты — скорость перемещения локального возбуждения вдоль слоя L1 , тем

большее количество детекторов на Lx будет возбуждено в единицу времени. Таким образом, количество возбужденных выходных каналов Lx пропорционально величине скорости изменения частоты. Поэтому, если на слое L2 расположить сумматоры с широкими рецептивными полями (зонами суммации), то уровень возбуждения каждого сумматора будет пропорционален величине скорости

изменения частоты. Пусть пороги сумматоров монотонно возрастают вдоль слоя L2 слева направо и каждый сумматор номер к имеет тормозной (запрещающий) контакт на сумматоре номер к — 1. Тогда на L2 будет возбуждаться только один элемент, координата (или номер) которого будет равна величине скорости изменения частоты (рис. 3.6). На рисунке показан случай, когда по слою Lx селективных детекторов чистоты со скоростью v перемещается область возбуждения соответственно изменению частоты. Пороговые элементы L2 детектируют эти изменения.
Детекторы определенного закона (скорости) изменения частоты. Принцип работы детектора основан на согласованности структуры ветвлений дендрита (с активной мембраной) с направлением и скоростью перемещения возбуждения по контролируемому детектором частотному интервалу (рис. 3.7). Узлы ветвления дендрита выполняют функцию элементов совпадения, промежутки между узлами — функцию линий задержек. Подбором задержек %i в участках между узлами ветвления дендрита обеспечивается избирательность ответа детектора Д* конкретной величины Д//Д£ = v* — скорости изменения частоты на частотном интервале (/*, /*), контролируемом данным детектором. В зависимости от ориентации дендрита и закона изменения задержек тх между последовательными узлами ветвления могут быть организованы детекторы произвольных законов изменения частоты. На рис. 3.7 показаны три детектора Дх, Д2, Д3; L± — слой детекторов
частоты (рецепторов улитки); Дх — детектор определенной скорости убывания частоты на интервале (хи х2); Д2 — детектор определенной скорости возрастания частоты на интервале (#3, хь); Д3 — детектор, срабатывающий в том случае, когда одновременно на участке (#4, х7) с определенными скоростями к точке хв сближаются два спектральных максимума. Если проксимальная бифуркация дендрита детектора Д3 будет выполнять операцию «ИЛИ», то Д3 будет срабатывать при любом их двух законов изменения частоты, на которые «настроены» правый и левый дендриты. Если же проксимальная бифуркация дендрита детектора Д3 будет выполнять операцию совпадения «И», то Д3 будет срабатывать при одновременном приходе с определенными скоростями спектральных максимумов
к бифуркации.

3.2.4. Детекторы изменения интенсивности звука (рис. 3.8)

Выходные сигналы отдельных детекторов интенсивности звука суммируются на детекторах направления ее изменения. При возрастании интенсивности звука на входе в части детекторов анизотропное торможение приводит к блокировке сигналов. Нейроны отвечают лишь на ослабление интенсивности. В других нейронах
анизотропное латеральное торможение на входе препятствует реакции на ослабление звука. Такой нейрон реагирует только при возрастании интенсивности звука. Детекторы изменения интенсивности могут располагаться в разных частотных диапазонах. Если же на детектор изменения интенсивности поступают сигналы от селективных детекторов интенсивности всех частотных диапазонов, то такой детектор становится обобщенным детектором изменения интенсивности. Кроме детекторов направления изменения интенсивности, следует рассмотреть детекторы скорости изменения интенсивности. Первичные детекторы этой системы отвечают градуально на скорость изменения интенсивности звука. В одном нейроне реакция возрастает с увеличением скорости, в других ослабевает. Из первичных детекторов скорости строятся селективные детекторы скорости изменения интенсивности.
Как было ранее показано, различные комбинации частоты и интенсивности представляются на квазирецептив-

ной поверхности с координатами частота—интенсивность. Звуковые сигналы могут меняться по частоте и интенсивности с разной скоростью в разных направлениях, эти изменения выделяются затем при помощи обобщенного анализатора изменений звука.

3.2.5. Обобщенный анализатор скорости изменения частоты и интенсивности звука

Первичными детекторами такого анализатора являются градуальные нейроны—детекторы изменения частоты, интенсивности и скорости. Выходными элементами являются вторичные детекторы определенной скорости изменения частоты и интенсивности. Детектирование направления изменения производят первичные детекторы частоты и интенсивности. По каждому направлению осуществляется детектирование скорости при помощи градуальных
детекторов скорости. Вторичные детекторы образуют сферу, на которой отдельные детекторы селективно отвечают на
направление изменения по частоте, интенсивности и
скорости.

3.2.6. Детекторы отношения частот

В ряду частот выделяются частоты в кратных отношениях. Для этого детекторы частоты, различающиеся на октаву
и представленные разными уровнями интенсивности, подключены к интегративному нейрону-детектору. Такой детектор селективно настроен на набор частот независимо от их интенсивности. Набор детекторов отношения частот охватывает весь диапазон изменений частоты. При изменении частоты такой детектор отвечает максимумами возбуждения через каждую октаву. При помощи таких детекторов воспринимается сходство между комбинациями звуков, лежащих в разных областях частотного диапазона. Представление о существовании детекторов отношения частот позволяет объяснить эффект консонанса :

консонансными являются звуки с отношением частот, на которое настроен хотя бы один из детекторов набора.

Диссонансными являются такие звуки, соотношение частот которых не представлено в наборе детекторов отношения частот. Такие детекторы являются основой развития музыкального слуха. Их можно назвать детекторами тональности. В пределах октавы каждый такой детектор представлен отдельным максимумом возбуждения.

(консонанс — более простое отношение чисел колебаний, диссонанс — более сложное; напр., чистая квинта=2:3, малая септима=5:9);

При изменении звука в пределах разных октав максимум возбуждения перемещается с детектора на детектор (рис. 3.9).

3.2.7. Детекторы комплексов звуков и детекторы фонем

Из детекторов частоты могут быть образованы различные комбинации, образующие детекторы звуковых
комплексов. Такие детекторы, не отвечая на отдельные
компоненты, реагируют на сложные комбинации звуков. При построении сложных детекторов могут быть использованы
не только детекторы частоты, но и детекторы изменения частоты и интенсивности (рис. 3.10). Ярким примером
детекторов сложных звуковых комплексов являются
детекторы фонем.
I. Детекторы гласных. Первым звеном является образование детекторов трехчастотных поддиапазонов за счет
подключения к ним селективных детекторов частоты. В формантной области формируется слой из оппонентных
детекторов трех типов, представляющий собой линейную
комбинацию вкладов детекторов частот. Оппонентные детекторы образуют ортогональную систему координат
сферической модели восприятия гласных. Различение
гласных достигается в третьем слое селективных детекторов гласных за счет надлежащего подбора связей между оп-
понентными детекторами и селективными детекторами
гласных. Такие детекторы реагируют на звуки, состоящие из комбинаций формант. При изменении частотного
состава максимум возбуждения перемещается по сфере,
отображая изменение гласных. Интенсивность и частота не влияют на восприятие гласных, которые различаются только по
формантному составу.

II. Детекторы согласных. При построении детекторов согласных в качестве первичных детекторов используются детекторы изменения частоты и детекторы шума. Вторичные детекторы являются селективными в отношении определенных комбинаций первичных детекторов. Из трех первичных детекторов фонематического анализатора гласных формируются три вторичных детектора с характеристиками, удовлетворяющими уравнению сферы.

Анализ данных, представленных в статье про моноуральны анализатор , подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения инновационного развития и улучшения качества жизни в различных сферах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое моноуральны анализатор , эффект консонанса, консонанс звука, диссонанс звука и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Нейробионика