Modeling of Binaural Hearing.

Abstract

Ústředním tématem této práce je popis zpracování informace v lokalizačním obvodu sluchové dráhy. Důraz je kladen na první místo konvergence binaurální informace, neurony mediální olivy superior (MSO). Vybrané vlastnosti a vztahy neuronů MSO jsou odvozeny a vyjádřeny prostřednictvím modelů. V disertační práci uvádíme tři modelovací studie. První objasňuje vztah mezi bio- fyzikálními parametry neuronu MSO a jeho schopností detekovat simultánní signá- ly z levého a pravého ucha. Druhá studie popisuje statistické distribuce vzruchů na vstupu a výstupu neuronu MSO. Ve třetí práci jsme studovali roli interaurální koherence při lokalizaci ve složitých poslechových situacích s více zdroji zvuku v dozvukovém prostředí. Hlavní výsledky jsou analytické a numerické modely popisující výše uvedené vz- tahy a chování. Aplikací modelů jsme získali sekundární výsledky: (1) inhibiční vst- up do neuronu MSO zužuje a posunuje časový rozsah detekce simultánních signálů, (2) ergodický předpoklad ze statistické fyziky a cirkulární statistika jsou vhodné nástroje při popisu vzruchů v sluchové dráze a (3) hlasitostní rozdíl v části signálu s vysokou interaurální koherencí může vysvětlit přesnost lidské lokalizace ve složitých poslechových situacích. Klíčová slova binaurální slyšení, binaurální neuron, model, lokalizace zvuku

The central theme of this thesis is a description of information processing in the sound localization circuit of the auditory pathway. The focus is on principal neurons of the medial superior olive (MSO), the first major convergence point for binaural information. Selected properties and relations of MSO neurons are derived and expressed through models. In the thesis we present three modeling studies. The first one clarifies a relation- ship between biophysical parameters of the MSO neuron and its ability to detect coincidental spikes from the left and the right ear. The second study describes the statistical behavior of spike trains on the input and output of the MSO neuron. In the third work, we studied how interaural coherence could guide localization of sound sources in complex listening situations with multiple sound sources in reverberant environments. The main results are analytical and numerical models describing the aforemen- tioned relations and behaviors. Secondary results include that inhibitory input to the MSO neuron narrows and shifts the time range of coincidence detection, that ergodic assumption from statistical physics and circular statistics are beneficial in the description of spike trains in the auditory pathway, and that interaural level difference of parts of the signal with...