¿El efecto de enmascaramiento del sonido está relacionado con los potenciales de acción o con aspectos mecánicos de la audición?

Soy un ingeniero de procesamiento de señales/matemáticas aplicadas que quiere aprender más y tengo una pregunta que me ha estado molestando durante algún tiempo. Se sabe en los círculos de codificación de audio que la audición humana está enmascarada tanto en el dominio de la frecuencia como en el temporal. Esto significa que cuando se presentan dos sonidos de casi la misma frecuencia, el más fuerte eclipsará al más débil por cortos períodos de tiempo.

Estaba pensando que tal vez aquí en Biología.SE pueda obtener alguna explicación de este fenómeno. ¿Es este efecto de enmascaramiento causado por propiedades de las neuronas humanas, o está mediado por procesos anteriores a las neuronas, es decir , debido a los aspectos mecánicos de la audición mientras el sonido ingresa al oído y golpea el tímpano, o una de las herramientas detrás el tambor?

¿Puedes dar un poco más de detalle sobre el tipo de enmascaramiento al que te refieres? (Pregunto porque en neurociencia se usan todo tipo de máscaras que pueden o no estar relacionadas con tus pensamientos) Y, especialmente viniendo de un fondo de procesamiento de señales/matemáticas, ¿cómo se verían las máscaras en las que estás pensando si las colocas en un serie de filtros de paso de banda?
Creo que se describe bastante bien en la wikipedia en.wikipedia.org/wiki/Auditory_masking aunque lo leí por primera vez hace al menos 10 años en un libro sobre codificación de imágenes y audio.
He realizado un poco de procesamiento de señales (10 años más o menos), por lo que siento que me faltan principalmente los aspectos biológicos y, por lo tanto, tengo curiosidad por aprender más.

Respuestas (1)

Respuesta corta
Ambos: el enmascaramiento se produce a través de efectos neurales, así como a través de efectos mecánicos en el oído interno.

Antecedentes
En primer lugar, existen básicamente tres tipos de enmascaramiento, a saber, enmascaramiento simultáneo, hacia adelante y hacia atrás.

Los experimentos de enmascaramiento simultáneo son los más básicos y probablemente los más utilizados. El tipo de experimento más básico es escuchar estímulos tonales en ruido estático (blanco). En este caso, el oído interno está ocupado procesando el ruido y el sujeto no percibe los estímulos de la sonda acústica (tonos), mientras que los estímulos sonoros son perceptibles. Una prueba más relevante para el funcionamiento diario es la prueba del habla en ruido, donde los estímulos del habla se presentan en ruido. Parece que la pérdida de audición hace que las personas tengan problemas de audición en el ruido. La cantidad de deterioro en la comprensión del habla en ruido supera con creces la simple disminución de la sensibilidad auditiva. De todos modos, me estoy desviando.

Los experimentos de enmascaramiento directo presentan un enmascarador antes de la sonda.

Los experimentos de enmascaramiento hacia atrás presentan la sonda antes que el enmascarador.

Para dar un paso atrás, el sistema auditivo consiste en el órgano terminal periférico, es decir, las células ciliadas en el oído interno (Fig. 1). Esas células ciliadas traducen estímulos físicos acústicos en corrientes eléctricas. Estas son corrientes que alimentan las células del ganglio espiral en el oído interno. Sus axones se agrupan en el nervio auditivo que inerva el tronco encefálico y, en última instancia, la corteza auditiva del cerebro.

Ahora, generalmente se considera que los experimentos de enmascaramiento hacia adelante apuntan a las estructuras periféricas, mientras que los experimentos de enmascaramiento hacia atrás apuntan a las estructuras centrales en un nivel superior.

Los efectos de enmascaramiento periférico ocurren a nivel de

La membrana basilar es la estructura que media la onda (viajera) que generan los sonidos y esa onda viajera es la base misma del análisis de frecuencia en la cóclea, similar a una transformada de Fourier dependiente del lugar. Es la membrana basilar la que separa las frecuencias altas en la base a las bajas frecuencias en el vértice debido a sus propiedades físicas. Ahora, cuando la membrana basilar está ocupada moviéndose en respuesta a un enmascarador presentado a 1 kHz a 100 dB SPL, un tono de sonda de 1 kHz presentado en el umbral de audición (0 dB HL) será totalmente inundado, simplemente porque la amplitud de la membrana basilar el movimiento será cambiado por casi nada.

El nervio auditivo también es un sitio neuronal importante donde se produce el enmascaramiento ( por ejemplo , Stronks (2010) . Esto tiene que ver con el hecho de que las neuronas disparan potenciales de acción. Después de que una neurona ha disparado un potencial de acción, hay un período refractario absoluto que toma varios ms para resolver.En ese tiempo, los canales iónicos que antes estaban activados se vuelven a abrir y están listos para el siguiente potencial de acción.Dentro del período refractario absoluto, ningún estímulo, sea cual sea su fuerza, puede evocar otra respuesta en esa neurona. Después de eso, un período refractario relativosigue en el que su umbral de activación aumenta, pero los estímulos lo suficientemente fuertes pueden provocar una respuesta. Si una neurona está ocupada disparando después de una estimulación crónica, se cansa y se produce un estado de adaptación. La estimulación adicional da como resultado fatiga, en la que la neurona se cansa y ha agotado sus recursos para disparar. Todos estos procesos pueden resultar en el enmascaramiento de estímulos presentados simultáneamente (enmascaramiento simultáneo), pero notablemente también en estímulos presentados después de que el enmascarador haya disminuido (enmascaramiento directo).

Ahora bien, todos estos procesos no afectarán el enmascaramiento hacia atrás, donde un estímulo de prueba corto se ve inundado por un enmascarador siguiente ( p. ej ., Oxenham & Moore (1995) . Esto es causado por procesos más centrales de nivel superior que incluyen procesos de atención, es decir ,

  • el cerebro

En otras palabras, el siguiente enmascarador distrae la atención del sujeto que a su vez no se da cuenta de la sonda. Se cree que depende de los procesos centrales, ya que los procesos periféricos no pueden ser "engañados" y transmiten fielmente el estímulo al cerebro, pase lo que pase.

cóclea
Fig. 1. El oído interno (cóclea) presenta células ciliadas que son activadas por ondas de sonido que viajan a través de la membrana basilar. fuente: Modesto Junior College

Referencias
- Oxenham & Moore, JASA (1995): 98 ; 1921
- Stronks, tesis doctoral, 2010, Universidad de Utrecht
- Stronks et al ., Otol Neurotol (2012); 33 : 35-42
- Zwicker, JASA (1977); 61 : 1031

¡Esta es una respuesta muy buena y completa! Votaría más si pudiera.
@vkehayas Sí, me gustaría hacer eso y otorgar la respuesta retroactivamente, pero mis créditos son bajos en mi cuenta de biología, por lo que probablemente me arrastraré por debajo de los límites para comentar si lo hago. A menos que de alguna manera sea posible transferir algunos de mis puntos math.SE para otorgar la respuesta.
Definitivamente es una respuesta sobresaliente que merece generosidad, elogios y miel en el café. Estaba pensando que debería esperar un poco más para darles una oportunidad a otros también, ya que sé lo frustrante que puede ser si se acepta una respuesta de inmediato si yo mismo estoy escribiendo una.