Sunday, June 10, 2007

Transformada Coclear de Fourier

Me deparei hoje com uma matéria sobre um implante auditivo desenvolvido na University of Michigan, (que é para onde eu vou!). No post sobre a comunicação dos elefantes eu fiz uma analogia entre o funcionamento do ouvido humano com o de um sismógrafo. Todavia, apesar de os dois serem ferramentas que analisam vibrações de ondas mecânicas, existe uma diferença gigantesca no que tange ao funcionamento dos dois sistemas. Enquanto que o sismógrafo está interessado apenas na energia total das ondas, o nosso sistema auditivo precisa diferenciar os vários, timbres e tons. Por isso, enquanto que é o suficiente para um sismógrafo que ele colete apenas a forma da onda (lembrem-se que a energia é proporcional ao quadrado da amplitude!), o cérebro precisa fazer uma análise mais profunda. E isso é feito através de, acreditem ou não, uma análise do sinal no espaço de freqüência.

Image:Cochlea.png

Mas não, nós não temos uma rede neuronal que aplica uma FFT sobreos impulsos auditivos. O que nos temos é um "espectrômetro" analógico: a cóclea. A cóclea (acima) é um órgão minúsculo que fica no ouvido interno e que tem a forma de um caracol (é daí que vem o nome). O som entra por um duto (mais precisamente a janela oval - oval window) e se distribui ao longo do caracol. O tamanho da seção transversal da cóclea, assim como suas propriedade mecânicas, variam ao longo da caminho que a onda sonora percorre. Podemos pensar então na cóclea como uma série de mini caixas de ressonância, com freqüências de ressonância variantes. Assim, em cada ponto da cóclea temos uma freqüência diferente. Ao longo da cóclea, temos tambem um nervo auditivo com vários terminais nos vários pontos, e assim cada freqüência tem o seu sensor. O cérebro então coleta os diversos dados, já organizados por freqüência, e forma o que escutamos.

4 comments:

  1. Gostei de sua analogia entre a matemática e a fisiologia da audição.
    Mas tem certeza que o som entra pela janela oval ? Não seria a janela oval que faz vibrar sua membrana e consequentimente o liquido exitente na cóclea ?
    Você sabia que essa variação de captação de frequencias da cóclea é chamada de tonotopia ? A região mais basal da cóclea possuí sensibilidade às frequenciais elevadas,já a região ápical é sensivel a baixas frequenciais.

    Sobre a FFT ...você pode falar um pouco mais sobre "rede neuronal" para quem é da area de saúde ?

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  2. Sim, sim. Você está certo. O "som" a que me referi é a energia mecânica, mas ela muda de meio sim, do mesmo jeito que na parte um pouco mais externo existe aquele mecanismo do martelo com o tímpano.

    Sobre a FFT e rede neuronais... Bom, FFT é um jeito computacional de se fazer a transformada de Fourier, que pega um sinal temporal e transforma em um espectro de freqüências. E do mesmo jeito que poderíamos programar um algoritmo no computador, seria possível que esse algoritmo estivesse implementado no cérebro, através da divisão de neurônios.

    Mas o sistema da cóclea já faz essa transformada de Fourier mecanicamente... é um pré-processamento do sinal sonoro... não sei se a resposta fez sentido!

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  3. Faz sentido sim, além disso o cortex cerebral possui uma divisão pra às fuções como a de linguagem(fala, audição), musical, visão, entre outros ... isto tambem parece uma organização visto que os neuronios passam a se organizar de forma especifica para as tarefas. Existe tambem a questão da neuroplasticidade mas isto é um pouco diferente .

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  4. Olha, tu conheces o MATLAB ?
    Como vc é da área de exatas acho que deve conhecer.
    Gostaria de aprender a usa-lo.
    Para construir gráficos e processar sinais eletromiográficos e ainda aprender algo mais que eu não tenha conhecimento que este programa possa proporcionar à área de saúde, quem sabe até no ramo da audiologia.
    Estou com a versão 6.0 no meu PC.

    Atenciosamente
    jabson_f16@yahoo.com.br

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