עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע...
Post on 05-Jan-2016
30 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
עבוד אותות במערכת החושיםסמסטר א' תש"ע
http://www.eng.tau.ac.il/~mira/Senses2009
Lecture 13
Find the minimum ITD/ILD
• We will conduct an experiment to measure the minimum ILD/ITD.
tLeft , LLeft
tRight , LRight
Coincidence Detection Cells
• Coincidence detection (CD) is one of the common ways to describe the functionality of a single neural cell.
• Correlation• There are several type of such cells:
– Excitatory Inhibitory (EI)– Excitatory Excitatory (EE)– Cumulative
Non-Homogeneous Poisson Process (NHPP)
• Given a point Process:
• In order to prove that the process behaves as a Non-Homogenous-Poisson-Process, one has to show that the intervals are independent and exhibit an exponential distribution, i.e.:
;kk
z t t t
1
1 1
exp
,
x T
k k kx
k k k k k k
p t t T t x t dt
P t t T t x Y P t t T t x
where t E z t
CD Cells Instantaneous Rates
1 2 2 1
t t
EE
t t
t t t dt t t dt
1t
EI E I
t
t t d
E
r
1 2max( , )r r
- Excitatory-Inhibitory (EI) Cells
- Excitatory-Excitatory (EE) cells
ITD Mean Rate
-180 -90 0 90 1800
0.2
0.4
0.6
0.8
1
IPD [ ]
No
rma
lize
d m
ea
n r
ate
EE
VS = 0.64VS = 0.47VS = 0.22
-180 -90 0 90 1800.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1
IPD [ ]
No
rma
lize
d m
ea
n r
ate
EIL
-180 -90 0 90 1800.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1
IPD [ ]
No
rma
lize
d m
ea
n r
ate
EIR
From Agmon-Snir et al.(1998), Nature 293,268-272
Model Predictions
JND(ITD)
-180 -90 0 90 1801
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1.06
1.07
IPD [ ]
No
rma
lize
d J
ND
(IP
D)
LB
EE
VS = 0.64VS = 0.47VS = 0.22
-180 -90 0 90 1801
1.005
1.01
1.015
1.02
1.025
IPD [ ]
No
rma
lize
d J
ND
(IP
D)
LB
EIL
-180 -90 0 90 1801
1.5
2
2.5
3
IPD [ ]
No
rma
lize
d J
ND
(IP
D)
LB
EIR
-180 -90 0 90 1801
10
100
1000
IPD [ ]
No
rma
lize
d J
ND
(IP
D)
LB
EE
VS = 0.64VS = 0.47VS = 0.22
-180 -90 0 90 1801
10
100
1000
IPD [ ]
No
rma
lize
d J
ND
(IP
D)
LB
EIL
-180 -90 0 90 1801
10
100
1000
IPD [ ]
No
rma
lize
d J
ND
(IP
D)
LB
EIR
All Information: Rate & Timing
Rate Only
Phase Delay in EE Cells Inputs
-100 -50 0 50 100
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
Rel phase [ ]
CR
LB [
nor
mal
ized
]
1 2 3 4 5 6
35
40
45
50
55
60
65
Opt
imal
pha
se [
]
Sin amplitude
, exp , sin(2
, exp , sin(2
)
)
L L L L
R
L
R R R R
t S t B S t ft
t S t B S t ft
f
f
Prediction of JND(ITD) from EE Cell
-180 -90 0 90 1800.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
IPD [ ]
No
rma
lize
d
JND
(IP
D)
LB
Bina ura l EE
VS = 0.64VS = 0.47VS = 0.22
N=6
N=20
N=6
N=20
E
EEE
N Excitatory Inputs
N Excitatory Inputs
ILD Mean Rate
-30 -20 -10 0 10 20 300
50
100
150
200
ILD [dB]
Me
an
Ra
te [
spik
es/
sec]
Spontaneous Rate
Saturation Rate
Tollin&Yin (2004) Da ta
The ore tica l Fit
1
200 sec
60
MEI ipsi contra
M
-10 -5 5 100
0.4
0.6
0.8
1
ILD [dB]
No
rma
lize
d m
ea
n r
ate
EE
-10 -5 0 5 100.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
ILD [dB]N
orm
aliz
ed
me
an
ra
te
EIL
-10 -5 0 5 100.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
ILD [dB]
No
rma
lize
d m
ea
n r
ate
EIR
VS = 0.64VS = 0.46VS = 0.22
Prediction of JND(ILD) from EI Cell
-10 -5 0 5 100.95
1
1.05
1.1
1.15
ILD [dB]
No
rma
lize
d J
ND
(IL
D)
LB
VS = 0.64VS = 0.46VS = 0.22
• Rate Coding and All Information Coding provided similar results
E
EIE
1 Excitatory Inputs
M Inhibitory Inputs
0 2 4 6 8 100
1
2
3
4
5
6
Frequency [kHz]
Lev
el J
ND
[dB
]
Mills
0 20 40 60 800
1
2
3
4
5
6
Level [dB SPL]
Lev
el J
ND
[dB
]
Hershkowitz and DurlachHershkowitz and Durlach
M=3
M=3
M=15
Overall Localization Performance - MAA
• Minimal Audible Angle is a common test for evaluating human localization ability .
Ambiguity in Sound Lateralization
• For 1 kHz, the phase difference between signals arriving at right and left ears is 180o. It is impossible to distinguish between the possibility of the sound arriving from the right or left speaker.
Frequency: 1kHzWavelength: 30cmHead size: 15cm
Frequency: 2kHzWavelength: 15cmHead size: 15cm
Bounds Evaluation
12*
*0
,1
,
T r tCRLB dt
r t
2 1 1 1 1ˆT
A A
1TB A A
1 2
*1
1 10 0 0 0
ln ,...,,..., ... ,1
n
T T TNn
p n p nn t t t
P t tA P t t dt dt p L
1 2
1
1 1*0 0 0 0 1
,..., 1,..., ... ,
1,...,n
T T TNn i
ij n j nn t t t n
P t t i LB P t t dt dt
j LP t t
1,..., L
MAA Data & Prediction
1 2 3 4 5 6 7 8 90.1
1
10
100
Frequency [KHz]
Nor
mal
ized
MA
A L
B
Normalized Barankin lower bound (solid line) and Cramer-Rao lower bound (dotted line) of MAA as a function frequency, obtained from binaural EE cells
Data Mills (1958)
Model Prediction: Reference 00
Electrophysiology of the Human Auditory System
ABR – Auditory Brainstem Responses
Auditory Evoked Response
-10 0 10
Post Stimulus Time (msec)
2 V
Neonate
I III VVI
AdultI
III V
VI
מייצגת פעילות חשמלית בעצב השמיעה ובגזע המוח. התגובה BERAבדיקת .היא רישום של מספר גלים אופייניים
VIII: פעילות עצב Iגל
: גרעין קוכליאריIIגל
.III: Super Olive Complexגל
IV: lateral SOCגל
V: Lateral leminiscusגל
: תלמוסVIגל
מה בודקים?א. לטנטיות: השוואה ביחס לנורמות והשוואה בין שתי האוזניים של אותו נבדק
ב.שינויים יחסיים בגובה הפיק
?ABRשימושים קליניים של בדיקת
קביעת סף שמיעה אובייקטיבי. ניתן לקבוע גם בתינוקות בסיכון
בדיקה בתינוק בסיכון
דיאגנוסטיקה של פתולוגיות כמו גידולים סרטניים, טרשת נפוצה, מחלות של כלי דם
. I. גורם לשנוי בלטנטיות של כל הגלים מאחורי גל VIIIגידול סרטני בעצב גדול במיוחד. סרטן כזה מתפתח בדרך כלל באוזן אחת ולכן I-V כלומר המרווח
השוואת הרישום בשתי האוזניים יכולה לגלות גידולים סרטניים קטנים.
NormalAcoustic neuroma
I2.54 msec2.34 msec
II3.62 msec4.28 msec
III4.58 msec5.06 msec
IV6.1 msec-
V6.58 msec7.26 msec
I-III2.04 msec2.72 msec
III - V2.00 msec2.20 msec
I - V4.04 msec4.91 msec
Neonate 15
-10 0 10 20
Post Stimulus Time (msec)
BD
Binaural
Right
Left
I III V
2 V
Binaural Difference
BD Right Left Binaural
תוצאות ניסוי בבני אדם
בניסוי נבחנה תגובת הנבדק אל מול גירוי המשלב הפרשי זמן •ועוצמה.
בפרט נבחנה נקודת איזון שבה מידע סותר לגבי כוון האות •)ILD מול ITD.הביא לבחירת אמצע ע"י הנבדק (
top related