Пути развития модели

Предложенная линейная математическая модель улитки не затрагивает механизма работы органа Корти, сечение которого соответствующее одной условной струне основной мембраны показано на  рис. 7 [9].

Рис.7. Орган Корти: 1 – покровная мембрана, 2 – внутренняя волосковая клетка, 3 – внешние волосковые клетки, 4 – основная мембрана

В ней его действие учитывается лишь выбором коэффициента путем произвольного задания величины . Физиологические исследования показывают, что эта величина задается центральной частью слуховой системы путем воздействия на внешние волосковые клетки органа Корти, которые под воздействием эфферентных импульсов центральной нервной системы изменяют свою длину в такт с колебаниями основной мембраны. Сила  механического действия этих клеток при слабом звуке компенсирует потери трения, возникающие при колебаниях основной и покровной мембран. В этом случае орган Корти работает как система с положительной обратной связью, причем прямую (афферентную) связь с центральной нервной системой обеспечивают как наружные, так и внутренние волосковые клетки. Если положительная обратная связь повышает коэффициент усиления слуховой системы, то отрицательная обратная связь при сильном звуковом сигнале может ее снижать, для чего достаточно изменить фазу колебаний наружных волосковых клеток. Учет работы механизма работы органа Корти позволит развить приведенную в предыдущем разделе модель в части выбора коэффициента  для различных участков основной мембраны.

Ранее упоминалось о том, что улитка содержит около 24 тысяч коллагеновых упругих волокон, армирующих основную мембрану. Число внутренних волосковых клеток, расположенных в один ряд, достигает 3,5 тысяч,  а число наружных, расположенных в три ряда, 12 тысяч. Эти клетки равномерно распределены вдоль всей основной мембраны. Такое большое количество волосковых клеток, позволяет предположить возможность существования у слуховой системы механизма трансверсальной фильтрации звуковых колебаний.

Трансверсальный [10] фильтр  рис.8 содержит линию задержки, состоящую из множества элементов τi с отводами и суммирующее устройство, осуществляющее так называемое взвешенное суммирование с заданными весами .

Рис.8. Трансверсальный фильтр.

Звуковая волна любой частоты воспринимаемого звукового диапазона, распространяясь в прямом (промежуточном) канале улитки, сначала плавно тормозится из-за действия колеблющейся основной мембраны, а затем резко ускоряется в районе резонанса. При торможении волна испытывает значительную задержку распространения, которая определяется по формуле , где:  и  координаты участка задержки основной мембраны. Аналогичная зависимость используется в правой части соотношения {4} нашей модели. Зная расстояние между соседними внутренними волосковыми клетками, мы можем определить элементарную задержку  трансверсального фильтра улитки на данном участке основной мембраны. Суммирование сигналов различных волосковых клеток может осуществляться на одном нейроне. Веса суммирования могут определяться запомненными в процессе обучения коэффициентами передачи синапсов дендритов этого нейрона.

Трансверсальные фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ)  позволяют легко осуществлять так называемую оптимальную фильтрацию входных сигналов. При этом с наибольшей эффективностью подавляются любые помехи за минимальное время приема сигнала. В случае улитки внутреннего уха осуществляется хорошая развертка примерно полутора периодов входного синусоидального сигнала рис. 6. За это время, в принципе, мозг может сделать заключение  о наличии сигнала на входе слуховой системы. В отличие от резонансного фильтра, относящегося к классу фильтров с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ),  трансверсальный оптимальный фильтр согласуется с формой входного сигнала и не требует большого времени накопления одинаковых фрагментов входного сигнала. Заметим, что, например, при анализе речи время, в течение которого могут появляться такие фрагменты, оценивается величиной не более 10 миллисекунд.

Таким образом, слуховая система, по-видимому, может использовать различные виды фильтрации: КИХ, БИХ, с независимой адаптивной регулируемой обратной связью, что облегчает гибкое решение сложных задач распознавания слуховых образов.

Дополнение предложенной модели улитки возможными механизмами фильтрации позволит расширить сферу ее применения и приблизиться к созданию математической модели слуховой системы человека. Создание такой модели, может стимулировать изобретение и развитие новых технических средств воздействия на слуховой анализатор.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить