עבוד אותות במערכת החושים סמסטר א' תש"ע eng.tau.ac.il/~mira/Senses2009 Lecture 12

1. עבוד אותות במערכת החושיםסמסטר א' תש"עhttp://www.eng.tau.ac.il/~mira/Senses2009Lecture 12

2. Auditory Binaural Pathway

3. Neural Auditory pathway • Auditory Nerve • Cochlear Nucleus • Medial Superior Olive • Lateral Superior Olive • Lateral lemniscus • Inferior Colliculus • Medial geniculate nucleus • Primary auditory cortex

4. Schematic Representation of the Brainstem Auditory Pathway

5. Brainstem MRI & fMRI Scans Axial Coronal Sagittal

6. Auditory Pathway and Brainstem Outline Overlapped on fMRI Scans

7. Axial cut (6/12) -SOC Coronal cut (6/11) - AC Coronal cut (2/11) - MGB 0.025 Axial cut (10/12) - LL 0 Axial cut (2/12) - CN Binaural Stimulation

8. Auditory Lateralization Cues • Interaural Time delay – The sound reaches the closest ear before the other • Interaural Level delay – The sound at the closest ear is louder

9. LATERALIZATION Perception Stimulus R ILD center L 5 4 6 3 7 right left 2 8 1 9 R ITD L R ITD=ILD=0 L

10. Normal Performance Histograms = number of times a subject reported perceiving a position when ITD or ILD presented

11. Center-Oriented Side --Oriented 9 9 9 9 8 8 8 8 7 7 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 4 4 4 4 3 3 3 3 position position 2 2 2 2 1 1 1 1 - 1 0 0 1 0 - 1 0 1 1 - 1 0 0 1 0 - 1 0 ITD(msec) ILD(dB) ITD(msec) ILD(dB) Abnormal Performance

12. Lesion Detection

13. MS10 MS20 MS50 MS52 CVA23 Correlation between MRI and Lateralization Normal Lateralization

14. Correlation between MRI and Lateralization Center-Oriented Lateralization

15. Correlation between MRI and Lateralization Side-Oriented Lateralization

16. Correlation between MRI and Lateralization

17. Monaural & BinauralActivation in a Right Sagittal Section Left Ear Stimulation Right & Left EarsStimulation Right Ear Stimulation

18. Monaural & BinauralActivation in a Left Sagittal Section Left ear stimulation Both ears stimulation Right ear stimulation

19. Binaural masking צליל מונוטוני ורעש מושמעים לשתי האוזניים. הרעש ממסך את הצליל. ניתן לגרום לכך ששוב נשמע את הצליל על ידי כך שניצור הפרש פאזה בין הצלילים בשתי האוזניים. צליל מונוטוני והרעש מושמעים לאוזן אחת, קשה להבדיל את הצליל מהרעש. הרעש ממסך את הצליל. מוסיפים רק רעש לאוזן השניה –ובאורח מוזר, ניתן שוב לזהות את הצליל על רקע הרעש.

20. Cocktail party effect אם יש כמה מקורות קול מופרדים במרחב, קל להקשיב לקול אם הקול שאנו מעונינים בו נמצא במיקום שונה מקולות הרקע. זה נובע מכך שהצליל והממסך יוצרים קונפיגורציה אינטרנאורלית שונה מזו של הממסך בלבד.

21. Find the minimum ITD/ILD • We will conduct an experiment to measure the minimum ILD/ITD. tRight , LRight tLeft , LLeft

22. Minimal Audible Angle - MAA מהו ההפרש הקטן ביותר בשינוי מיקום הקול המאפשר הבחנה בשינוי זה? היכולת שלנו להבחין בהפרש במיקום מקור הקול היא טובה ביותר כשהקול מגיע מלפנים בחזית הראש. יכולת זו הולכת ופוחתת כשמקור הקול נמצא בצדי הראש או מאחור. שינויים קטנים בכיוון הקול מלפנים יוצרים הבדלים גדולים ב- ITD .

23. Superior Olive Complex

25. 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

26. Neural mechanisms – EE Type cells • Spikes when inputs coincide.

27. EE Formulation

28. Neural mechanisms – EI Type cells • Spikes with excitatory input unless inhibited.

29. EI Formulation

30. Complex Cells

31. EI Cells Signal Separation • Signal separation ability is considered as most important in tasks such as cocktail party, BMLD.

32. EE Cells spontaneous rate • The spontaneous rate of cells that results from external noise reduced at higher levels

33. ITD Mean Rate From Agmon-Snir et al.(1998), Nature 293,268-272 Model Predictions

34. ILD Mean Rate

35. JND(ITD) All Information: Rate & Timing Rate Only

36. Phase Delay in EE Cells Inputs

37. E EE E N Excitatory Inputs N Excitatory Inputs E EE E Prediction of JND(ITD) from EE Cell N=6 N=20 N=6 N=20

38. E EI E Prediction of JND(ILD) from EI Cell 1 Excitatory Inputs M=3 M Inhibitory Inputs M=3 • Rate Coding and All Information Coding • provided similar results M=15