耳蜗基膜音调信息表达的激光干涉研究

发布时间：2020-08-20 07:46

【摘要】：人类对音调本质的探索已有一千多年的历史。音调的提取和编码问题一直是听觉研究领域中的热点话题。从听觉外周到中枢,听觉系统的各部位是如何参与音调信息的处理与感知,音调的编码形式是空间部位还是时间序列,是频率还是时间包络,至今犹未可知。近年来,耳蜗非线性动力学研究表明,听觉外周可能参与音调的提取以及编码进程。本研究在实验室前期离体耳蜗以及在体耳蜗研究的基础上,通过实验室自主研发的高精度外差式激光干涉仪,在体测量了生理活性良好的豚鼠耳蜗顶部基底膜对外界声刺激的响应信号及其测点的特征频率,并通过时域包络法从响应信号中提取局部音调。结果显示,耳蜗基底膜振动信号的时域包络展现了与心理声学实验结果类似的,分别受刺激音载波频率和调制频率影响的音调偏移现象。受测点特征频率与刺激音频关系的影响,生理实验中的音调偏移情况与心理实验结果存在差异。只有当测点的特征频率低于刺激音载波频率,且与调制频率一致时,该测点处的基底膜振动包络才能够展现出与心理实验结果完全一致的第二音调偏移现象;其它部位将表现出与心理实验结果不同的偏移模式。这一发现为“听觉外周可能参与音调信息的处理进程”观点提供了有力证据,同时也能在一定程度上说明外周音调信息表达的部位依赖性,即基底膜通过相关部位的振动时域包络表达音调信息。本文深入地探讨了耳蜗音调提取的部位机制,并分析了听觉外周中“音调偏移现象”产生的原因。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24;R764
【图文】：

基频,来源,音调,频率成分

该发现说明感知音调可以对应刺激信号中不存在的频率成分，见图1.1a、图 1.1b。这对当时认为“感知音调与声音信号中包含的频率成分相对应”的共鸣学说造成了巨大打击。图 1.1 “消失的基频”图示（来源：Carwright et.al, 1999[12]）

频谱,音调,第一,来源

1.2 “第一音调偏移”实验所用声刺激频谱以及“第一音调偏移线”（来源：Carwriget.al, 1999[12]）随着研究的深入，人们发现实际感知音调和 de Boer 预测的理论音调仍有发现被称为“第二音调偏移”现象，该现象体现在两个方面：、实际音调偏移线的偏移斜率比“第一音调偏移理论”预测的要大，如图；、当复合音中心频率保持不变，仅通过改变差频来改变刺激音。按照偏移理论，在上述条件下当谐音序数一定时，感知音调应该保持不变。然果显示感知音调随的变大而减小，如图 1.3b 所示。

调偏,来源,现象,神经脉冲

图 1.3 “第二音调偏移”现象（来源：Schouten et.al,1962[8]）音调偏移现象的发现粉碎了 Helmholtz 利用差频音解释音调的可能。以共鸣的外周频谱理论因此再次陷入困境。另一方面，随着神经生理学的发展，一证实神经系统具有依据神经脉冲发放率，跟踪信号时域包络的能力[24,25]。

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