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La percezione uditiva
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La natura dei suoni
• suoni come vibrazioni in un mezzo• oscillazioni di pressione variano per
ampiezza (volume) e frequenza (altezza)
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“s”
Onde
qualsiasi suono, discorso o sinfonia, èun’unica onda di pressione dell’aria
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Fisica e cognizione
• In quanti modi si può descrivere un suono ?– Forte, debole, ... (intensità)– Alto, basso, ... (frequenza)– Vuoto, pieno, ... (forma d’onda)
• Come fa l’uomo a percepire?
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La percezione uditiva
• Stimolo: energia acustica (onde sonore) • Trasporto del segnale mediante impulsi
elettrici lungo il nervo uditivo • Funzioni principali
– comunicazione uditiva (tra cui il linguaggio)– localizzazione dei suoni (spazializzazione)
• Percezione uditiva = fisiologia orecchio interno + azione del cervello
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Fisiologia dell’udito
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L’orecchio umano
Il padiglione fa arrivare le
onde corte al
timpano
Connessione gola
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Versione schematica dell’orecchio
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Il gioco dei tre ossicini
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Gli ossicini e la leva
P Fm
Fs Pressione moltiplicata per 30 volte
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L’orecchio interno: la coclea
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L’orecchio interno: la coclea
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L’organo di Corti
Più di 20.000 cellule cigliate
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• Frequenze distribuite ordinatamente – frequenze alte all’estremità vicina agli ossicini
(stretta, rigida, leggera)– frequenze basse all’estremità interna (ampia,
flessibile, massiccia)• Banco di filtri accordati per bande
– tutta la membrana copre l’estensione dell’udibile– un analizzatore di Fourier
Membrana basilare
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Funzionamento tonotopico
Studi elettro-fisiologici
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Altezza dei suoni
• Picchi di vibrazione sulla membrana • L’area che vibra in modo più vigoroso
stimola il numero massimo di cellule• Il cervello riconosce ...
– area di provenienza sulla membrana– fino a 3 kHz, anche la successione degli stimoli
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Intensità dei suoni
• E’ determinata dall’ampiezza della vibrazione della membrana basilare
• Aumenta il numero delle cellule stimolate• Aumenta la generazione degli impulsi
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...
...
Cellule nervose e vibrazioni
• Scariche delle cellule nervose sincronizzate con le vibrazioni
• Esempio– Nota Do2 di frequenza circa 131 Hz– Le cellule nervose scaricano 131 volte x sec
• A frequenze superiori a 200 Hz non si può
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Come fanno a ...
… rappresentare frequenze elevate ?… rappresentare intensità diverse?
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Azione di gruppo
• Gran numero di cellule per una regione • Non tutte le cellule scaricano a ogni singolo
impulso (per vibrazioni rapide)• Cellule scaricano sempre in sincronia con le
vibrazioni• Metafora dei soldati in batterie
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Frequenze e intensità elevate
• Alte frequenze (oltre 3 kHz)– cellule differenti che scaricano in cicli adiacenti – cellule provenienti dalla stessa area
• Forti intensità– scaricano più cellule contemporaneamente– scaricano a un tasso più elevato (finché si può)
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Dall’orecchio al cervello
• Segnali miscelati e elaborati in più stazioni • Interpretazione nella corteccia uditiva
stazioniintermedie
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Rappresentazione duale del segnale
• Dominio della frequenza: organizzazionetonotopica
• Dominio del tempo – pattern di attivazione lungo il nervo uditivo– struttura della forma d’onda, transitori, inviluppo– base per la sincronizzazione tra le frequenze e
tra gli stimoli dalle due orecchie
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Conclusioni sulla fisiologia dell’udito
La nostra comprensione di come il cervello trasforma e interpreta l’informazione sul suono è ancora rudimentale