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Ver el documento (formato PDF)   Etchemendy, Pablo Esteban.  "Estudio de la codificación de las características temporales del sonido mediante experimentos psicofísicos y modelado computacional de la periferia auditiva"  (2016-03-29)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
El sistema auditivo utiliza dos mecanismos fundamentales para la percepción de altura tonal. Uno de ellos (conocido como "tonotópico", "espectral" o "de lugar") se basa en la capacidad de separar frecuencias que posee la membrana basilar: la misma muestra un patrón de excitación con máxima amplitud en un determinado lugar, en función de la frecuencia del estímulo sonoro. El otro (conocido como "mecanismo temporal") se basa en la capacidad de las neuronas del nervio auditivo de generar potenciales de acción sinápticos sincronizados con la fase del estímulo sonoro ("enganche de fase"). Existe un debate abierto respecto a cuál mecanismo interviene en la percepción de altura tonal para diferentes estímulos y rangos de frecuencia. Para el caso de tonos modulados en frecuencia, típicos en el contexto musical (vibratos) y en ciertos lenguajes tonales como el chino mandarín, se sabe que la modulación en frecuencia introduce modulaciones en amplitud en la forma del patrón de excitación de la membrana basilar. Además, existen resultados perceptuales que pueden ser explicados en función del tiempo que la señal pasa en los extremos de la modulación. Estos resultados muestran que la información temporal participa en la percepción de la altura tonal y que el mecanismo que la procesa muestra cierta "inercia" o "lentitud" ("sluggishness" en inglés), que dificulta la detección de la frecuencia cuando la modulación es rápida. En este trabajo utilizamos dos metodologías para estudiar la codificación de la altura tonal. En la primera parte se describen experimentos de percepción de altura tonal realizados con tonos puros modulados en frecuencia (vibratos) con perfiles asimétricos. Además se realiza una revisión de una variedad de modelos aplicables a la percepción de altura tonal. Se incluyen modelos basados en la información espectral, en la temporal, modelos mixtos y modelos fenomenológicos propuestos específicamente para explicar resultados de experimentos con vibratos. Se comparan las predicciones de dichos modelos con los resultados de los experimentos realizados. Se incluye también una revisión de resultados previos de experimentos similares y una contrastación de dichos resultados con las predicciones de los modelos. En la segunda parte se estudiaron algunos mecanismos biológicos que son importantes para explicar la codificación de la información temporal en la periferia auditiva. Se describe un modelo biofísico realista de la sinapsis de cinta de las células ciliadas internas, las células responsables de la transducción de las vibraciones mecánicas de la membrana basilar a impulsos neuronales en los nervios auditivos. Dicha sinapsis se destaca por su baja latencia, lo cuál es un requisito necesario para poder conservar en forma fidedigna la información de fase. Analizamos los parámetros del modelo y estudiamos diferentes mecanismos propuestos en la literatura para explicar su baja latencia. Finalmente estudiamos la capacidad para el enganche de fase de dicho modelo, en particular para tonos modulados en frecuencia, para comprender de qué modo se ve afectada por la rapidez de la modulación y cómo puede in uir en la percepción de la altura.

Abstract:
The auditory system employs two main mechanisms for the perception of pitch. The first mechanism (known as "tonotopic", "spectral" or "rate-place") is based on the frequency selectivity present at the basilar membrane: as the stimulus frequency varies, the basilar membrane displays an excitation pattern whose point of maximum amplitude also varies. The second mechanism (known as "temporal") is based on the ability of the auditory nerve fibers to generate spikes in synchrony with the phase of the auditory stimulus ("phase-locking"). There is an ongoing debate about which mechanism is responsible for the perception of pitch for different stimuli and frequency ranges. In the case of frequency-modulated tones, present in music (vibratos) and in some tonal languages as Mandarin Chinese, the modulation of frequency introduces a modulation of amplitude in the shape of the excitation pattern on the basilar membrane. Also, there is perceptual evidence of an effect of the time that the signal spents at the extremes of the modulation profile on the perception of pitch. These evidence suggests that the temporal information is involved in the perception of pitch and that the underlying mechanism displays some degree of "sluggishness", difficulting the perception of pitch for rapid modulations. In these work we used two methodologies in order to study the codification of pitch. In the first part we describe psychoacoustical pitch perception experiments with asymmetrical frequency-modulated tones. The work includes a review of several diverse models proposed in the literature for the perception of pitch. The predictions of the models are compared with the results of the experiments and also with a review of recent experiments on the same subject. In the second part, we studied some biological mechanisms that are key to the codification of the temporal information at the auditory periphery. We describe a realistic biophysical model of the internal hair cell ribbon synapse, the structure responsible for the transduction of the oscillations on the basilar membrane into neural impulses at the auditory fibers. The ribbon synapse displays a very low latency, which is a requisite for ensuring a faithful transmission of the temporal information of the stimulus. We analyzed the parameters of the model and studied mechanisms proposed in the literature to explain this characteristic. Finally, we analyzed the phase-locking capability of the model, in particular for frequency-modulated tones, in order to understand the effect of the modulation in the synchronization and its influence on pitch perception.

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Registro:
Título : Estudio de la codificación de las características temporales del sonido mediante experimentos psicofísicos y modelado computacional de la periferia auditiva     =    Study of the codification of temporal information of sound through psychophysical experiments and computational modelling of the auditory periphery
Autor : Etchemendy, Pablo Esteban
Director : Eguía, Manuel Camilo
Consejero : Solari, Hernán
Jurados : Goutman, Juan  ; Balenzuela, Pablo  ; Basso, Gustavo
Año : 2016-03-29
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física
Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencias Sociales. Laboratorio de Acústica y Percepción Sonora
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5954_Etchemendy
Idioma : Español
Area Temática : Física / Acústica
Biología / Neurociencias
Palabras claves : PSICOACUSTICA; PERCEPCION DE ALTURA TONAL; SISTEMA AUDITIVO; PERIFERIA AUDITIVA; MODELADO COMPUTACIONAL; PSYCHOACOUSTIC; PITCH PERCEPTION; AUDITORY SYSTEMS; AUDITORY PERIPHERY; COMPUTATIONAL MODELLING
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