Структура приемника информации – слухового анализатора человека
Сенсорным органом слухового анализатора является улитка внутреннего уха. Будучи развернутой, она представляет собой эластичную мембрану неравномерную по толщине и ширине, в которой под воздействием звуковой волны возбуждаются стоячие волны, положение которых на мембране соответствует характеристикам гармоник звуковой волны. Т.н. волосковые клетки, прилегающие к мембране, воспринимают информацию о ее колебаниях и передают по слуховому нерву через несколько переключающих ядер (в том числе – медиальное коленчатое тело) в составе центрального слухового пути в слуховую кору. Слуховой нерв состоит из 10000 нервных волокон. Информация от каждого уха поступает в свое полушарие, но часть ее отводится в контралатеральное полушарие.
Рис. 7.7. Слуховой анализатор человека.
Рис. 7.8. Ухо человека.
Анатомически ухо делится на три части:
наружное ухо;
среднее ухо;
внутреннее ухо.
Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода.
Функционально наружное ухо предназначено, во-первых, для улавливания и фокусировки звуковых волн, и, во-вторых, для защиты среднего и внутреннего уха от механических повреждений.
Среднее ухо. Строение среднего уха показано на рис. 6. Среднее ухо герметично отделено от наружного уха барабанной перепонкой. Толщина барабанной перепонки 0.1 мм.
Рис. 7.9. Среднее ухо.
Внутренняя область среднего уха называется барабанной полостью. В барабанной полости находится система так называемых слуховых косточек, состоящая из молоточка, наковальни и стремени. Эти косточки связаны между собой в единую подвижную цепь, состоящую из рычагов. Задача системы слуховых косточек заключается в передаче звуковых колебаний от барабанной перепонки в область внутреннего уха.
Внутреннее ухо ответственно за преобразование звуковых колебаний в электрические импульсы. Внутреннее ухо заполнено жидкостью. Оно состоит из двух частей: вестибулярного аппарата и улитки. Свое название улитка получила из-за своей формы — улитка свернута спирально, наподобие раковины обычной улитки. Улитка разделена эластичной перегородкой (мембраной) на два канала, заполненных жидкостью. В этой перегородке находятся чувствительные волосковые клетки и нервные клетки, которые передают сигналы с волосковых клеток в мозг.
Рис. 7.10. Внутреннее ухо.
Частотный диапазон слышимых звуковых колебаний. Согласно [24], человеческое ухо воспринимает звуковые волны длиной примерно от 1,6 см до 20 м, что соответствует частотному диапазону 16-20 000 Гц. Частотный диапазон человеческой речи - 300-4000 Гц. Надо заметить, что разборчивость речи остается вполне удовлетворительной при ограничении этого диапазона до 300-2400 Гц. Частотный диапазон обычных телефонных каналов еще меньше, однако, это не сказывается заметным образом на разборчивости речи.
Анализ звуковой информации, получаемой от уха человека, представлен в лекции, посвященной формализму искусственных нейронных сетей на основе нейроподобных элементов с временной суммацией сигналов.