İşitsel Modelleme

Modelleme nedir?
Modelleme, bir konu üzerinde çalışırken zihinde oluşan ve konuyu basite indirgeyerek anlamamıza yardımcı olan araçlar bütünüdür. Modellemeyi; fizik, matematik, kimya gibi birçok bilim dalı içerisinde, evreni anlamamızı kolaylaştıran bilgi kümesi olarak da tanımlayabiliriz. Bir elektrik akımının, borularda akan suya benzetilerek açıklanması (Şekil 1)

Niels Bohr adlı bilim insanının atomun yapısını Güneş sistemimize benzetmesi (Şekil 2) gibi örnekler verebiliriz.

İşitsel modelleme ise, işitme sistemi fizyolojisini ve işitmenin nasıl gerçekleştiğini daha iyi açıklayabilmek, anlayabilmek amacıyla; çeşitli matematiksel formüller ile blok diyagramlar kullanarak işitsel modeller oluşturma sürecidir.

İşitsel modelleme, nicel simülasyonlar oluşturarak, işitme sisteminin kendisi ve davranışları hakkında; belirli koşullar altında bilgi toplamak amacıyla yapılır. Modelleme yapmadan önce, kara kutu olmasını bir kenara koyduğumuzda, var olan bilgilere dayanarak işitme sisteminin anatomi ve fizyolojisini doğru şekilde öğrenmek gerekir.

Günümüzde pek çok işitsel model mevcuttur fakat başlıca ortaya konan işitsel modellerden sonra, son yıllarda daha çok ‘var olan bir modeli geliştirme‘ üzerinde durulmaktadır.

Örneğin işitme sinirinin işitmenin fizyolojisinde aldığı görevin modellenmesi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi aşamalarla geliştirilerek devam etmektedir.

Bir örnekle açıklamak gerekirse, aşağıda Lopez-Poveda and Eustaquio-Martin tarafından 2006 yılında yapılmış iç saç hücrelerine voltaj olarak eşdeğer elektrik devresini görmektesiniz.

Ve şimdi ise aşağıda 1986 yılında Palmer & Russell tarafından yapılan deneysel sonuçlar ile; 2006 yılında Lopez-Poveda & Eustaquio-Martin tarafından yapılan işitsel modelin 50 msn uyaran için transmembran voltaj verilerini göreceksiniz.

Cevapların ne kadar benzer olduğunu görebiliyoruz. Peki 2006 yılında yapılan işitsel modelin, bu olayı en iyi şekilde anlattığına emin miyiz? Yoksa geliştirmeye devam edecek miyiz? Oysa ki yukarıdaki iç saç hücresi elektrik devresinin oluşum süreci Sellick & Russell (1980) ile başlamış ve birçok kez geliştirilerek günümüze ulaşmıştır.

Yukarıda göstermiş olduğum bir işitsel modelin sadece iç tüylü hücrelerin elektrik devresini açıklayan kısmıdır. Fakat işitme fonksiyonunu düşündüğümüzde, ilk çalışmalar 1960 yılında Flanagan‘ın Bekesy’nin elektrofizyolojik ölçümlerinden yararlanarak oluşturduğu orta kulak ve baziler membran fonksiyonunu modellemesi (Aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.) ile başlamıştı ve sürekli geliştirilerek adım adım tüm sistemin işleyişini anlayabilmemizi sağlayan ileri işitsel modellere doğru yaklaşmamıza imkan tanımıştır.

Bir de blok diyagram örneği göstererek yazıyı tamamlamak istiyorum. Aşağıdaki şekilde Matlab’den kaydettiğim örnek bir ‘Koklear İmplant Konuşma İşlemcisi’ blok diyagramı görmektesiniz.

İşitme fonksiyonunu daha iyi anlayabilmek amacıyla, bir işitsel modeli mükemmele yaklaştırmak demek; daha fazla ayrıntı, daha fazla matematiksel örüntü ve çok daha karmaşık bir sistem demektir. Tam olarak bu anda devreye kodlama, makine öğrenmesi, derin öğrenme, yapay zeka gibi terimler girmektedir.

Sorularınız için iletişime geçmeyi unutmayın, ileri paylaşımlar için ise takipte kalınız.

Kaynak
– Modeling auditory coding: from sound to spikes
– A Brief History of Auditory Models
– Auditory Models and Human Performance in Tasks Related to Speech Coding and Speech Recognition