МОДЕЛЬ СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА
- 1) математическое описание процессов преобразования информации в органе слуха (матем. модель); 2) физическое устройство, воспроизводящее обработку сигналов аналогично происходящей в отделах биологического анализатора (физ. модель). М. с. а. дает представления о принципах организации анализатора и практически применяется для построения бионических устройств для анализа и распознавания сложных акустических сигналов. Основу для моделирования анализатора составляют результаты физиол. экспериментов, обобщение которых приводит к построению обоснованной гипотезы о характере обработки сигналов биол. структурами анализаторов.
Обработка слуховой информации происходит в анализаторе в несколько последовательных этапов. В рецепторном отделе анализатора — в улитке — происходит преобразование звукового давления в пространственно-временное распределение возбуждения рецепторов, которое далее обрабатывается 12—14 слоями нейронных структур. Имеется по крайней мере 5 отделов анализатора, состоящих из одно- и многослойных структур нейронов. Каждый отдел, кроме восходящих афферентных путей, по которым поступает информация, имеет и несколько обратных связей от вышележащих структур (рис.), являясь, т. о., информационным фильтром, работа которого регулируется сверху. В работе анализатора большую роль играют механизмы адаптации настройки на сигнал. Установлена избирательность реакции нейронов на частотные стимулы, поэтому модели нейронных сетей учитывают пространственное распределение
частот в анализаторе и повышение избирательности по мере восходящего анализа. Структуры из нейронов с боковыми тормозящими связями способны повышать разрешающую способность анализатора по частоте путем пространственного дифференцирования возбуждения. На этой основе возникла концепция «узоров», ставящая в соответствие каждому сигналу определенную пространственно-временную комбинацию «узоров» возбуждения и торможения нейронов в проекционных областях слуховой коры головного мозга. Матем. и электронное моделирование нейронных механизмов пока охватывает первые два уровня нейронов (нейроны спирального ганглия и кохлеарных ядер). Основные результаты получены на аналоговых электронных моделях и путем расчетов на вычисл. машинах. Наименее изучены и смоделированы принципы временного анализа сигналов слуховым анализатором. В конце 60-х гг. для построения моделей применяли матем. аппарат теор. кибернетики, в частности теоретико-информационные методы. Расчеты информационных возможностей отделов анализатора и сопоставление их с физиол. данными показали, что по мере восходящего анализа к-во перерабатываемой информации уменьшается, и на каждом уровне выделяются признаки сигналов разной сложности. На нижних уровнях анализируются простые характеристики типа частоты и интенсивности, на высших производится синтез и опознание образа и выработка сложных реакций. При моделировании процессов синтеза и опознания образов в слуховом анализаторе встречаются с недостаточностью подробных физиол. данных о деятельности отдельных элементов слуховой системы и сложностью орг-ции многоуровневой системы анализа. Поэтому существующие модели описывают ряд частных процессов в основном на нижних уровнях, происходит уточнение ряда физиол. фактов, накапливаются материалы по временной орг-ции слухового анализа. Развитие моделирования слухового анализатора связано с решением сложной проблемы распознавания образов, в частности слуховых, речевого управления машинами и механизмами, создания новых систем связи и автомат, программирования и перевода.
Лит.: Лабутин Б. К., Молчанов А. П. Слух и анализ сигналов. М., 1967 [библиогр. с. 79]; Гершуни Г. В. [и др.]. Синаптические преобразования афферентного потока на нейронах слуховой системы. В кн.: Синаптические процессы. К., 1968; Позин Н. В. Моделирование нейронных структур. М., 1970 [библиогр. с. 248—259]; Долятовский В. А. Первичное преобразование сигнала в слуховой системе. — Долятовский В. А., Пономарева И. Д., Цепков Г. В. К анализу структурной и функциональной организации сенсорных систем. В кн.: Кибернетические аспекты в изучении работы мозга. М., 1970; Фланаган Дж. Л. Анализ, синтез и восприятие речи. Пер. с англ. М., 1968 [библиогр. с. 378—392].
В. А. Долятовский.
