Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Для выделения сложных признаков необходимо, как правило, анализировать сигнал в течение определенных интервалов времени. Это обусловливает задачу разделения звуковых сигналов но времени на последовательность сегментов (этап III). Современные модели сегментации основаны па предположении, что сигналом о начале или конце сегмента служит совпадение изменений нескольких простых признаков [80, 147]. Это предположение требует серьезной экспериментальной проверки. Предстоит уточнить, какие именно признаки следует здесь учитывать.
Сложные признаки, образуемые па этапе IV, в отличие от простых, специфичны для каждого анализируемого класса сигналов (речи, музыки и т. п.). Укажем примеры из анализа речевого сигнала. Совместная обработка нескольких сигналов, образованных, вероятно, на этапе II и несущих информацию о направлении
смещения по частоте определенного спектрального максимума, позволяет выделить новые информативные признаки — комбинации направлений смещения одновременно присутствующих максимумов. С помощью этих признаков согласные звуки делятся на группы, характерные местом образования звуков в речевом тракте [81, 82]. Так при произнесении слога, состоящего из согласной и последующей гласной «у», движение второго и третьего спектральных максимумов вниз, а первого — вверх по частотному диапазону характеризует переднеязычную группу согласных (д, с, л и т. д.), движение второго максимума вниз, а первого и третьего вверх характеризует заднеязычную группу (г, кит. д.).
В свою очередь объединение признака места образования с другими признаками — взрывностью (наличием скачка интенсивности), звонкостью (наличием периодичности во временной структуре сигнала) позволяет получить признак следующего уровня сложности, характеризующий конкретную согласную. Например, объединение признаков принадлежности к заднеязычной группе и наличие звонкости характеризует согласную «г». Выявление системы сложных признаков, описывающих восприятие речи и музыки, является одной из ваяшых задач при моделировании слуха.
Центральные отделы. Проводимое разделение на этапы, по существу, исходит из представлений об оперативной памяти: к периферии отпесены этапы, которые пе нуждаются в оперативной памяти; в средних отделах необходимо помнить информацию о сигнале в течение одного сегмента, т. е. 100—200 мс. Например, при узнавапии слога информация о том, что интенсивность в начале сегмента изменялась скачкообразно, должна хра-питься в течение всей длительности слога. Функция центральных отделов состоит в классификации звуковых сигпалов, которая включает в себя формирование целостного представления о сигнале путем обработки последовательности сегментов. Следовательно, оперативная память должна быть больше — распространяться на некоторое число сегментов. Проведенные оценки показывают, что величина оперативной памяти в центральных отделах достигает 10 с. Например, мелодия перестает восприниматься испытуемым, если временные интервалы между составляющими ее звуками увеличить до 10 с [83].
Поступающая в центральные отделы информация о звуковом сигнале содержится, во-первых, в законе чередования сегментов, т. е. во временной организации сигнала, во-вторых, в характеристиках каждого отдельного сегмента. Это обусловливает разбиение процессов обработки сигнала в центральных отделах па два этапа: зтап V — классификация временной организации сигнала и зтап VI — завершающий этап классификации по совокупности характеристик отдельных сегментов и временной организации сигнала.
Выделение последовательности операций, выполняемых па каждом из этих этапов, является одной из актуальных задач дальнейших исследований. В пастоящее время можно лишь наметить некоторые из них. По-видимому, после обработки лишь части сегментов создается гипотеза о всем сигнале или его временная модель. В этой операции, представляющей собой по существу экстраполяцию сигнала, может участвовать информация, поступающая из долговременпой памяти.
Роль операции экстраполяции состоит в подготовке системы к восприятию конкретной ипформации, благодаря которой повышается скорость и помехоустойчивость восприятия. Операция экстраполяции характерна как для этапа V, так и для этапа VI. Целесообразность выполнения ее па этапе V поясним на сравнительно простом примере восприятия ритмических сигналов. Явление усвоения ритма хорошо известно. Если испытуемый повторяет ритмический рисунок нажимами ключа, то после какого-то времени прослушивания нового сигнала рассогласования между нажатиями ключа и сигнальными импульсами уменьшаются. Разработапы представления о механизмах этого процесса [84], участвующих в восприятии сложных сигналов и в управлении двигательными реакциями.
Операции центральных отделов специфичны для каждой из перечисленных функций слуховой системы. Например, выполнение операции экстраполяции для речевого сигнала означает угадывание зпачепия слова или фразы по первым слогам или словам; для музыкального сигнала — узнавание мелодии по первым тактам и т. п.
Попытка выделения этапов переработки информации в слуховой системе ставит целью подчеркнуть не только специфику, но и взаимосвязь и преемственность проблем моделирования на разных иерархических уровнях. Моделирование мехапизмов нижних уровней наиболее далеко продвинулось и привело к выдвижению ряда принципов для использования в аппаратуре связи и аппаратуре для классификации сложных сигналов, включая речь (модели улитки, частотного обострения на основе латерального торможения или «синфазного суммирования», анализа формы импульса, измерения разности фаз при бннауральном восприятии, определения высоты сложных звуков). Тем не менее это конечно первые шаги, подлежащие дальнейшему уточнению. Модели следующего иерархического уровня разработаны меньше (сегментация, выделение информативных признаков звуковых сигналов); в настоящее время в зтой области, видимо, созданы хорошие предпосылки для появления новых работ как результатами моделирования периферии, так и результатами психофизиологических исследований. Гипотезы о работе центральных отделов имеют пока наименьшую физиологическую базу. Это делает особенно перепек-
