[发明专利]人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码的验证方法

摘要

本发明公开了人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码的验证方法，主要包括以下步骤：1)选取实验生物体。2)建立原始语音诱发下丘神经响应时空定量化模式I。3)建立新型编码声调语音刺激诱发下丘神经响应的时空模式II。4)建立新型编码语音电刺激诱发下丘神经响应时空模式III。5)通过调整语音编码对应的电刺激模式参数，使新型编码语音电刺激诱发下丘神经响应时空模式III逼近原始语音诱发下丘神经响应时空定量化模式I。本发明可以更真实、更客观准确地反映生物体听觉通路对某种声音编码策略的接受程度，可以作为人工耳蜗新型语音编码的辅助评估方法。

主权项

1.人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码的验证方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)建立所述原始语音诱发下丘神经响应时空定量化模式I；主要步骤如下：1.1)选取适合听觉神经通路研究的实验生物体模型；1.1)使用CLICK声音信号对实验生物体的单耳进行听力曲线测试；测试主要包括听阈测试和听域测试；1.3)对所述实验生物体施行开颅手术，暴露出实验耳对侧的下丘；将多通道记录电极植入所述实验生物体实验耳对侧的下丘；1.4)在实验生物体实验耳的一侧播放纯音声音信号，对多通道记录电极记录到的神经元进行扫频处理，测量并控制该组神经元的特征频率，使所述特征频率分布在8kHz以下；1.5)确定声调语音刺激信号。1.6)语音刺激时，改变声调语音信号的参数，观察原始语音诱发下丘神经响应I的时间‑空间分布规律；主要步骤如下：1.6.1)多通道记录下所述记录电极在所述原始语音刺激诱发实验生物体下丘的神经响应时空分布模式I；确定原始语音刺激输入和下丘神经响应的时空分布模式I的基本元素库；根据所述基本元素库，建立语音刺激基本元素‑下丘时空响应的基本成分函数表达模式；建立原始声调语音刺激和声刺激基本元素的解析关系：Xspeical_o＝fx_o*Xo；                (1)Xo是原始语音刺激输入的基本元素矩阵，主要反映声音参数；其中，x01反应声音频率，x02反应声音强度，x03反应声音的声调信息；Xspecial_o是特定的声调语音刺激。fx_o是一个特定的矩阵系数，反映了特定的原始语音刺激和语音刺激基本元素矩阵的传递函数；1.6.2)建立原始声调语音刺激诱发的下丘神经响应I，即所述原始声调语音刺激和诱发下丘神经响应的神经响应时空分布模式I：Yspecial_o＝fy_o*Yo；                (2)Yo是原始语音诱发的神经响应的基本元素矩阵；Yspecial_o是原始声调语音刺激诱发的下丘神经响应的综合反应；fy_o是一个特定的矩阵系数，用于确定特定的下丘神经响应，反映了下丘神经响应的综合反应和下丘神经响应的基本成分之间的函数关系；1.6.3)联立公式1和公式2，建立特定原始语音刺激输入和下丘神经诱发响应之间的模式：Yspecial_o＝Fo*Xspecial_o；              (3)Xspecial_o是特定的原始语音刺激，主要参数包括频率、强度和声调信息；Yspecial_o是特定原始语音诱发的特定的神经响应；Yspecial_o的主要参数包括发放时间间隔、发放速率、发放的空间分布；Fo是特定原始语音刺激输入和下丘神经诱发响应之间的复杂函数关系模式，反映了生物体听觉神经通路的响应属性；联立公式1至公式3，从而得到特定原始语音刺激输入和下丘神经诱发响应之间的复杂函数关系模式Fo的表达式：Fo＝fy_o*Yo/fx_o*Xo；               (4)式中，Yo是原始语音诱发的神经响应的基本元素矩阵；fy_o是一个特定的矩阵系数，用于确定特定的下丘神经响应，反映了下丘神经响应的综合反应和下丘神经响应的基本成分之间的函数关系；fx_o是一个特定的矩阵系数，反映了特定的原始语音刺激和语音刺激基本元素矩阵的传递函数；2)建立新型编码声调语音刺激诱发的下丘特定神经响应时空分布模式IIYspecial_e；Yspecial_e＝Fe*Xspecial_e；              (5)Yspecial_e是新型编码声调语音刺激诱发的下丘神经响应的综合反应；Fe是新型编码声调语音刺激诱发下丘神经响应的传递函数；Xspecial_e是新型编码的原始声调语音刺激；建立新型编码声调语音刺激诱发下丘神经响应的时空模式IIYspecial_e主要步骤如下：2.1)确定需要验证的人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码策略T；2.2)将需要验证的人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码策略T载入语音处理模块中，主要步骤如下：2.2.1)对语音信号进行预处理；2.2.2)将语音信号频率划分为8个频段；每个所述频段对应一个语音信号通道；2.2.3)利用软件或程序提取每个通道语音信号的基频，选取8个所述语音信号通道内幅值最大的谐波分量；2.2.4)利用软件或程序移频处理，即将原始语音信号的频率移动到基频范围，实现信号的降频；2.3)利用新型编码语音诱发下丘神经响应时空分布IIYspecial_e，的模型建立并分析新型编码语音刺激诱发出的神经响应时空定量化模式II；3)根据新型语音编码策略T建立对应的新型编码电刺激模式Xspecial_ele，建立Xspecial_ele诱发的生物体下丘神经响应时空模式IIIYspecial_ele，并且可以通过调整新型编码电刺激模式的参数，使其诱发的下丘神经响应时空模式IIIYspecial_ele能向原始语音刺激诱发下丘神经响应时空模式IYspecial_o的方向逼近。主要步骤如下：3.1)声调语音信号经过时域精细结构新型编码T转换为电流刺激信号；所述电流刺激信号序列分别释放到多通道耳蜗电刺激电极上；在电刺激器中，利用刺激电路将电压刺激转换为电流刺激。3.2)将多通道耳蜗刺激微电极置于所述实验生物体耳蜗内，主要步骤如下：3.2.1)在手术显微镜下，听泡破壁并暴露耳蜗的圆窗和底回；3.2.2)用钻头在耳蜗底回上打洞，将电极经该小洞塞入耳蜗的鼓阶中，使耳蜗微电极触点接近螺旋神经节细胞。3.2.3)将电流刺激输入到刺激电极中；电流刺激经植入的刺激电极释放刺激到耳蜗；3.3)多通道记录刺激电极在下丘区域的响应输出，即电刺激诱发下丘神经响应IIIYspecial_ele；3.4)电刺激时，改变电刺激的参数和电刺激位置，观察下丘诱发出的神经响应IIIYspecial_ele的时间‑空间分布的变化规律；3.5)利用新型编码语音转换的电刺激诱发的下丘神经响应IIIYspecial_ele的模型，分析不同刺激模式下对下丘神经响应IIIYspecial_ele时间‑空间分布的阈值和激活有效区域的规律，即分析单极刺激、双极刺激和三极刺激模式对下丘神经响应IIIYspecial_ele的影响；3.6)建立下丘神经响应IIIYspecial_ele的数学仿真模型。分析线阵电极中八电极上电场变化；所述线阵电极为直线排列的八个电极；所述八个电极等间距分布；3.6.1)分析耳蜗听神经仿真模型中螺旋神经节细胞的电场梯度分布规律；3.6.2)采用傅里叶‑有限元法分析一个周期内耳蜗组织中电场的变化规律。3.6.3)建立新型编码语音电刺激诱发下丘神经响应时空分布模式IIIYspecial_ele模型；3.7)判断需要验证的人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码策略T的有效性；通过调整语音编码对应的电刺激模式参数，使新型编码语音电刺激诱发下丘神经响应时空模式IIIYspecial_ele逼近原始语音诱发下丘神经响应时空定量化模式I；新型编码T语音电刺激诱发下丘神经响应模式IIIYspecial_ele和原始语音刺激诱发下丘神经响应模式IYspecial_o的相似度和需要验证的人工耳蜗声调语言的时域精细结构新型编码有效性成正比。