Procesamiento y compresin de seales de audio

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Procesamiento y compresión de señales de audio

• Curso de Doctorado del programa
• Tecnologías Multimedia

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1.- Producción de voz y audición

• Modelos de producción de voz
• Victoria Sánchez Calle (1 h.)
• Anatomía y fisiología de la audición
• Ángel de la Torre Vega (2 h.)
• Implantes cocleares
• Ángel de la Torre Vega (3 h.)

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Audición

• Papel esencial en
• Comunicación oral
• Producción de la voz
• Percepción de la voz
• Percepción del sonido (señales de audio)
• Procesamiento de señales de audio
• Cómo se perciben las señales de audio?

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Órganos de la audición

• Anatomía (se conoce desde siglo XIX)
• Fisiología (años 60)
• Órganos de la audición
• Oído externo
• Oído medio
• Oído interno
• Vías auditivas
• Corteza cerebral

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Papel de los órganos

• Oídos externo y medio
• Protección y transmisión onda mecánica
• Oído interno
• Transducción auditiva (generación de potenciales
  de acción)
• Vías auditivas
• Transmisión de los potenciales de acción
• Corteza cerebral
• Procesamiento de la información

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(No Transcript)
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Transducción auditiva
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Los mecanismos involucrados en la audición son
más complicados

• Oído externo respuesta en frecuencia depende de
  la dirección (localización y detección de
  movimiento de fuentes)
• Oído medio reflejo estapedial
• Oído interno sintonización
• Células ciliadas externas (inervación eferente
  descendente-)
• Células ciliadas internas (inervación aferente
  ascendente-)

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• Vías auditivas distintas estaciones
• Tronco cerebral (núcleos cocleares, colículo
  inferior, cuerpo geniculado medio)
• Con distintas funciones
• Generación reflejo estapedial
• Estimulación eferente células ciliadas internas
• Inhibición/realce de respuestas
• Localización del sonido
• Corteza cerebral
• Procesamiento de la información
• Conexión con otras áreas (lenguaje)

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Audiología

• Funcionamiento oído normal
• Procesamiento señal de audio
• Funcionamiento oído patológico
• Problemas
• Limitaciones en la audición
• Tratamiento
• Exploraciones audiológicas
• Evaluación de la funcionalidad
• Relación entre Audiología y el Procesamiento de
  Señales de Audio

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El laberinto

• Laberinto
• Vestíbulo
• Cóclea
• Conductos semicirculares
• Laberinto
• Laberinto óseo
• Laberinto membranoso

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Laberinto óseo y cóclea
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Laberinto óseo anterior (cóclea)

• Hueso compacto
• Formado en el 5º mes de vida embrionaria
• Tubo cónico, enrollado sobre cono que describe 2
  vueltas y media

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Sección de la cóclea
Sección de la lámina espiral ósea

• Columela o modiolo
• Lámina de los contornos
• Canal de Rosenthal
• Lámina espiral ósea
• Habénula perforata
• Orificios salida nervio auditivo

• Canal de Rosenthal
• Canal aferente de la lámina espiral
• Habénula perforata

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Laberinto membranoso (rampas cocleares)
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El órgano de Corti
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Células del órgano de Corti

• Células de soporte
• Células sensoriales
• Células ciliadas externas
• 3 hileras (de 18.000 a 20.000)
• 90 inervación eferente
• 5 inervación aferente
• Estereocilios tocan membrana tectoria
• Células ciliadas internas
• 1 hilera (aprox. 6.000)
• 10 inervación eferente
• 95 inervación aferente
• Estereocilios no tocan la membrana tectoria

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Células ciliadas

• Núcleo
• Mitocondrias
• Estereocilios
• Placa basal de los estereoc.
• Cuerpo de Hensen
• Microvellosidades C. Soporte
• Placa basal kinocilio vestigial
• Fibras nerviosas afer. efer.

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Papel de las células ciliadas externas

• Capacidad motriz (inervación eferente)
• Mueven la membrana basal
• Relacionadas con mecanismo de afinación o
  sintonización
• Relacionadas con las otoemisiones acústicas
• Ototóxicos selectivos (afectan a CCE y no a CCI)
  gentamicina, estreptomicina
• Pérdida de OAE
• Pérdida de capacidad de sintonización

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Fisiología de la audición

• Oído externo pabellón y CAE
• Oído medio tímpano y osículos
• Oído interno cóclea
• Vías auditivas
• Nervio acústico (VIII par)
• Tronco cerebral
• Corteza cerebral

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Oído externo

• Pabellón auditivo
• Amplificación 10dB
• Función de transferencia dependiente de la
  dirección (localización y detección de
  movimiento)
• Conducto Auditivo Externo (CAE)
• Amplifica la zona 2.000 5.000 Hz

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Oído medio

• Tímpano y osículos (martillo, yunque y estribo)
• Función amplificación y transmisión de onda
  mecánica al oído interno
• Amplificación
• Brazo de palanca cadena de huesecillos
• Relación superficie tímpano platina del estribo
  (de 141 a 271)
• Ganancia 27 35 dB dependiendo de la frecuencia

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... Oído medio

• Trompa de Eustaquio
• Equilibrio de presión del aire entre caja del
  oído medio y el exterior
• Si no, disminuye la movilidad del tímpano y se
  reduce la ganancia del oído medio
• Drenaje y secreción de agentes antiinfecciosos
• Músculo estapedial
• Sonido intenso produce contracción bilateral
• Reduce el movimiento del estribo
• Función reducir ganancia para
• Protección del oído interno
• Mejor percepción a altas intensidades

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Oído interno

• Conocimientos Siglo XIX
• Histología Huschke, Reissner y Corti
• Teoría de la resonancia Fourier, Ohm, Helmholtz
  
• cuerdas en el oído interno que vibrarían por
  resonancia de acuerdo con frecuencias del sonido

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...Oído interno

• Von Bekesy (años 60)
• Teoría tonotópica
• Onda viajera en la membrana basilar
• Para cada frecuencia existe una zona del órgano
  de Corti que da una respuesta máxima. Esta zona
  da lugar a una sensación precisa de tono
• Nobel en Medicina

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Onda viajera en membrana Basilar
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Punto de máxima estimulación
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Respuesta en frecuencia de 6 puntos de la cóclea
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Teorías de la percepción sonora

• Tonotópica
• Patrón temporal de estimulación
• Frecuencia máxima de disparo en células ciliadas
  y fibras del nervio coclear 400 800 descargas
  por segundo
• Patrón temporal depende de la sincronización
• Combinación de ambos mecanismos
• A bajas frecuencias predomina el patrón temporal
  de estimulación
• A altas frecuencias predomina tonotopia

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Capacidad de sincronización
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Excitación de las células ciliadas(mecanismo
pasivo)

• Modiolo o columela
• M. Tectoria
• M. Basal
• Lámina reticular
• C.C. Interna
• C.C. Externa
• A. Reposo
• B- Excitación

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Mecanismo activo (sintonización)

• La actividad de las C.C.E. modifica la onda
  viajera, apareciendo un pico para la frecuencia
  sintonizada
• De este modo se mejora la selectividad
  frecuencial por encima de los límites permitidos
  por la mecánica coclear

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Curvas de sintonización
A. Fibras aferentes B- C.C. Internas C- Membrana
basilar
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Curvas de sintonización
Efecto de daño en las células ciliadas externas
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Vías auditivas

• Nervio coclear
• 30.000 a 40.000 terminaciones nerviosas que hacen
  sinapsis con células ciliadas
• Conexión con tronco cerebral
• Núcleos cocleares
• Colículo inferior
• Cuerpo geniculado medio
• Corteza cerebral

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Vías auditivas

• Homolateral para frecuencias bajas
• Contralateral para frecuencias altas
• Corteza cerebral
• Cuerpo geniculado medio
• Colículo inferior
• Núcleos cocleares
• Función
• Inhibición sonidos estacionarios
• Disparo sonidos nuevos
• Audición binaural

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Codificación del sonido (I)

• Frecuencia
• Mecanismo tonotópico
• Patrón temporal de estimulación (sincronización
  disparos)
• Intensidad
• Tasa de disparo
• Número de fibras activadas
• Evolución temporal de intensidad y freq.
• Ataque caída de sonidos sincronización
• Sonidos estacionarios no se percibe la fase

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Codificación del sonido (II)

• Mecanismos activos de audición
• Reflejo estapedial
• Sintonización frecuencial
• Involucra vías eferentes y células ciliadas
  externas
• Papel clave en la percepción en entornos ruidosos
• Papel clave en la atención en varias fuentes
  sonoras
• Entrenamiento auditivo
• Inhibición de respuestas estacionarias
• Papel clave en la percepción en condiciones de
  ruido
• Detección de desfase entre respuesta bilaterales
• Papel clave en la percepción binaural

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Patologías de la audición

• Origen
• Trauma acústico
• Ototóxicos
• Antibióticos
• Drogas estimulantes
• Malformaciones
• Síndromes
• Infecciones (otitis, otitis laberintizadas,
  infecciones víricas)
• Anoxia perinatal
• Traumatismo craneoencefálico
• Meningitis....

• Hipoacusias
• Transmisión
• Neurosensoriales
• Mixtas
• Retrococleares
• (Presbicusias)
• Acúfenos

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Tipos de pérdida auditiva

• Nivel de pérdida
• Leve 20 40 dB
• Moderada 40 70 dB
• Severa 70 90 dB
• Profunda gt 90 dB
• En relación al nivel de lenguaje
• Prelocutiva / perilocutiva / postlocutiva
• En relación al momento de adquisición
• Prenatal (genética/adquirida) / perinatal /
  postnatal

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Exploraciones audiológicas

• Infantil
• Otoemisiones acústicas (OAE) screening
• Audiometría conductual
• Potenciales evocados auditivos (EABR)
• Adultos
• Audiometría tonal
• Audiometría verbal
• EABR

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Problemas de la sordera

• En niños
• Afecta al desarrollo lingüístico
• ...por tanto al desarrollo educativo
• ...y al desarrollo social
• En adultos
• Dificulta la comunicación
• Vías alternativas
• Lectura labial (adultos postlocutivos)
• Lenguaje de signos (adultos prelocutivos)

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Tratamiento de hipoacusias

• Importancia de la intervención temprana
• Importancia de los métodos de screening
• En grupos de riesgo
• Screening universal
• Sorderas moderadas severas
• Audífonos (amplificación) analógicos/digitales
• Sorderas severas profundas
• Implante coclear (estimulación eléctrica del
  nervio coclear)
• Implante de tronco cerebral
• Implante de oído medio