РЕАКЦИИ МОДЕЛЕЙ НЕЙРОНОВ РАЗНЫХ ПОРЯДКОВ НА СИНУСОИДАЛЬНЫЙ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫЙ СИГНАЛ
Римская-Корсакова Л. К.
ГНЦ Акустический институт им. Н.Н. Андреева, 117036 Москва
Речевой сигнал можно представить
временной, периодической функцией изменения звукового давления.
Простейшей моделью такого сигнала является синусоидальный амплитудно-модулированный
сигнал. Поэтому, в физиологии уделяется большое внимание исследованию
слуховой функции анализа и выделения модуляций звуков. Одним из
способов исследований является моделирование. Модели нейронов
построены в соответствии с существующими представлениями о процессах,
протекающих в реальных нейронных элементах. В них воспроизводятся
процессы интегрирования возбуждающих и тормозных синаптических
потенциалов и, в случае преобладания возбуждающих потенциалов,
генерации нервных импульсов - спайков. Генерация спайков
сопровождается переходом нейронов сначала в состояние полной (абсолютной),
а затем частичной (относительной) невозбудимости (рефрактерности).
Модели нейронов разных порядков являются составной частью слуховой
модели выделения модуляций звуков. Информацию об уровне звука
нейроны передают частотой следования спайков, при больших уровнях
она ограничивается рефрактерностью нейрона. Информация об изменении
уровня сложного звука во времени или временной структуре звука
нейрон передает распределением во времени частоты следования спайков.
При больших уровнях звуков в таком распределении (из-за рефрактерности)
возможно появление некоторой периодической компоненты, связанной
с уровнем звука, но не его временной структурой. В работе сравниваются
между собой реакции моделей нейронов разных порядков, полученные
в ответ на действие синусоидальных амплитудно-модулированных сигналов
с частотами несущих 2-5 кГц, огибающих 10-626 Гц и глубинами модуляций
3-100%. Определяются параметры моделей нейронов, благодаря которым
преобразование синаптических потенциалов в последовательности
спайков сопровождается или не сопровождается появлением периодической
компоненты, связанной с рефрактерностью нейронов. Такая компонента
не должна обнаруживаться в реакциях нейронов первого порядка,
так как слуховой нерв единственный канал по которому информация
о звуке поступает в мозг и все искажения сигнала на этом уровне
невосполнимы. В реакциях специализированных нейронов, участвующих
в выделении модуляций звуков, ее появление оправдано: при совпадении
частоты такой компоненты с частотой огибающей модулированного
сигнала возникает значительное усиление реакции специализированного
нейрона. Рецепторный потенциал модели нейрона первого порядка
формируется на выходе разработанной нами ранее модели периферии
слуховой системы, включающей модель базилярной мембраны и рецепторных
волосковых клеток. Первый нейрон имеет возбуждающий вход. На вход
нейрона второго порядка (также имеющего возбуждающий вход) поступает
суммарная последовательность спайков нейронов первого порядка
и т.д. Реакции моделей нейронов разных уровней удовлетворительно
воспроизводят реакции реальных слуховых нейронов, участвующих
в выделении модуляций звуков.