עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13...
-
date post
19-Dec-2015 -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13...
![Page 1: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/1.jpg)
עבוד אותות במערכת החושיםסמסטר א' תש"ע
http://www.eng.tau.ac.il/~mira/Senses2009
Lecture 13
![Page 2: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/2.jpg)
Find the minimum ITD/ILD
• We will conduct an experiment to measure the minimum ILD/ITD.
tLeft , LLeft
tRight , LRight
![Page 3: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/13.jpg)
Overall Localization Performance - MAA
• Minimal Audible Angle is a common test for evaluating human localization ability .
![Page 14: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/17.jpg)
Electrophysiology of the Human Auditory System
![Page 18: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/18.jpg)
ABR – Auditory Brainstem Responses
![Page 19: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/19.jpg)
Auditory Evoked Response
![Page 20: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/20.jpg)
-10 0 10
Post Stimulus Time (msec)
2 V
Neonate
I III VVI
AdultI
III V
VI
![Page 21: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/21.jpg)
![Page 22: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/23.jpg)
?ABRשימושים קליניים של בדיקת
קביעת סף שמיעה אובייקטיבי. ניתן לקבוע גם בתינוקות בסיכון
בדיקה בתינוק בסיכון
![Page 24: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/27.jpg)
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 (
![Page 28: עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע mira/Senses2009 Lecture 13 mira/Senses2009.](https://reader036.fdocuments.us/reader036/viewer/2022062421/56649d395503460f94a129cf/html5/thumbnails/28.jpg)