1
2
دانشکده مهندسی پزشکی
مدلسازی سیستم عصبی – عضلانی تولید گفتار
3
فهرست مطالب
مقدمه آناتومی و فیزیولوژی تئوریهای تولید گفتار
4
مقدمه
گفتار به عنوان یکی از مهمترین ابزار های ارتباطی انسان ها به شمار می آید. سیستم تولید گفتار شامل چندین قسمت است که با همدیگر به صورت هماهنگ کار می کنند و نتیجه این هماهنگی، تکلم است.
زیر سیستم های مرتبط با تولید گفتار:
سیستم عصبی و مراکز مغزی
سیستم تنفسی
مسیر هوایی
5
آناتومی و فیزیولوژی
مشابه سایر سیستمهای حرکتی در انسان، تولید گفتار نیز نتیجه برهمکنش و هماهنگی بین سیستم عصبی به عنوان کنترل کننده و عضلات به عنوان عملگر می باشد.
دو زیر مجموعه اصلی سیستم تولید گفتار:
سیستم عصبی
ششها، حنجره و مجرای صوتی
6
سیستم عصبی
مغز به عنوان عالی ترین قسمت مسئول کنترل تمام سیستم های بدن است. مراکز مختلفی در مغز وجود دارد که به صورت مستقیم یا غیر مستقیم، مسئول کنترل سیستم گفتار در انسان می باشند.
مغز از دو جنبه برسیستم گفتار نظارت می کند:
درک گفتار
تولیدگفتار
7
سیستم عصبی
Wernicke’s area
(speech
understanding)
Broca’s area
(speech formation)
Primary auditory cortex
Primary motor cortex
(Voluntary movement)
Somatosensory cortex
(Somesthetic sensation and proprioception)
Cerebllum
Stem
8
سیستم عصبی
برای سیستم تولید گفتار دو دسته اطلاعات سنسوری بسیار مهم وجود دارد که هرکدام وظایف خاصی را بر عهده دارند:
اطلاعات حسی
اطلاعات شنوایی
9
سیستم عصبی
ناحیه ورنیکه ناحیه اصلی درک صحبت است. این ناحیه در پشت ناحیه شنوایی اولیه قرار دارد. ناحیه ورنیکه مهمترین ناحیه در مغز برای عملکرد عالی فکری است زیرا تقریبا تمام عملکرد های فکری بر روی صحبت پایه ریزی می گردد.
10
سیستم عصبی
ناحیه بروکا ناحیه خاصی از قشر پیشانی است که مرکز تشکیل کلمات است. در این ناحیه طرح ها و الگو های حرکتی برای بیان تک تک کلمات یا حتی عبارات کوتاه شروع و اجرا می شوند. این ناحیه همچنین با مرکز درک کلام ورنیکه ارتباط نزدیکی دارد.
11
سیستم عصبی
ناحیه حرکتی قشر مغز شامل قسمت های مختلفی است که هر کدام دستورات حرکتی برای عضلات و مفاصل قسمتهای مختلفی از سیستم تولید گفتار ارسال می کنند.
12
سیستم عصبی
مخچه عملکردهای مختلفی در سیستم تولید گفتار دارد و نقش موثری را در هماهنگی عضلات و نیز پردازش های زبانی دارا می باشد.
13
سیستم عصبی
عقده های قاعده ای یکی از ساختارهای مهم زیر قشری است که نقش بسیار موثری در تنظیم ریتم گفتار و تنظیم زمان بندی رشته گفتاری دارد.
14
سیستم عصبی
ساقه مغزی یکی از مراکزی است که پردازشهای اولیه را بر روی اطلاعات حسی و شنوایی که به مغز می آیند انجام می دهد.
15
عملگرهای سیستم تولید گفتار
سیگنال گفتار یک موج فشار آکوستیکی است که از حرکات ارادی ساختار آناتومیکی سیستم تولید گفتار انسان ناشی می گردد و از دو عمل مکانیکی تشکیل می شود:
عمل تولید اصوات
ادای کلمات
16
عملگرهای سیستم تولید گفتار
در یک تقسیم بندی کلی اندام های مرتبط با سیستم تولید گفتار در انسان را می توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:
شش ها و نای
حنجره و تار های صوتی
فضای دهان و حلق
17
عملگرهای سیستم تولید گفتار
ششها و نای نقش ایجاد جریان هوا را بر عهده دارند. این جریان هوا در سایر اندام های گویای وارد شده و تولید گفتار می نماید. شدت فشار هوایی که توسط شش ها و نای ایجاد می گردد، نقش موثری در شدت صوت تولید شده دارد. عضلاتی که در ایجاد فلو نقش دارند عبارتند از:
قفسه سینه ای ) Thoracic)
شکمی(Abdominal)
18
عملگرهای سیستم تولید گفتار
یک از مهم ترین قسمت های سیستم تولید گفتار، حنجره است. حنجره ساختار ساده ای دارد ولی بسیار با اهمیت است. یکی از عملکرد هایش تولید تحریک متناوب برای ناحیه صوتی در هنگام تولید واکه ها می باشد. حنجره علاوه بر شرکت در تولید گفتار در فعالیت های دیگری نظیر سرفه، بلعیدن، تنفس و … نیز نقش دارد.
19
عملگرهای سیستم تولید گفتار
ساختار حنجره به سه دسته تقسیم می شود:
بافت غضروفی
رباط
بافت عضلانی
بافت غضروفی
20
عملگرهای سیستم تولید گفتار
در داخل هر تارصوتی یک رباط ارتجاعی قوی موسوم به رباط صوتی وجود دارد. این رباط در طرف جلو به غضروف بزرگ تیروئید متصل شده است و در طرف عقب، رباط صوتی به زواید صوتی دو غضروف آرتینوئید متصل شده است.
21
عملگرهای سیستم تولید گفتار
ماهیچه های حنجره را به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
داخلی که محدود به خود حنجره می شوند.
خارجی که باعث اتصال حنجره به ساختارهای دیگری نظیر سر و گردن می شوند.
22
عملگرهای سیستم تولید گفتار
عصب دهی به عضلات ناحیه حنجره بیشتر از طریق شاخه خارجی و فوقانی عصب حنجره ای که از عصب واگوس(vagus) منشعب می شود، می باشد. قسمتی از عضلات داخلی حنجره نیز از طریق موتور نرونهای بخش منقاری (rostral) عصب دهی می شوند.
23
عملگرهای سیستم تولید گفتار
موج فشاری که بعد از تارهای صوتی وجود دارد و نتیجه فعالیت قسمت های زیرین است تحت تاثیر فضای دهان و حلق قرار می گیرد. خاصیت رزونانسی حفره های دهان-حلق و بینی مانند فیلتر آکوستیکی باعث تغییر در موج فشار می شود. خواص رزونانسی مجرای صوتی به وسیله طول و شکل این ناحیه تغییر می کند.
24
تئوریهای تولید گفتار
گفتار به دلیل اهمیتی که در برقراری ارتباط بین انسانها دارد بسیار مورد توجه قرار گرفته شده است و تئوریهای مختلفی برای آن ارایه گردیده است. به صورت کلی تئوریهای تولید گفتار به سه دسته عمده تقسیم می شوند:
دسته اول – استفاده از سیگنال گفتار
دسته دوم – دیدگاه شناختی(تفکر)
دسته سوم – دیدگاه عصبی-عضلانی
25
دسته اول
ساخت وسایل اولیه برای تولید آوا
تولید چند عبارات پیوسته
تکمیل ماشین های سخن گوی مکانیکی
26
دسته اول
ورود ماشین های الکترونیکی
استفاده از کامپیوترها و مدلهای عددی
27
دسته اول
عموما مفهوم صدا با ارتعاش همخوانی دارد. امواج صوتی به وسیله ارتعاش ایجاد می شوند و به واسطه ارتعاش مولکول های مواد حامل انتشار می یابند. به طور خاص برای انتشار اصوات در سیستم تولید گفتار انسان باید از قوانین انتقال جرم، انتقال اندازه حرکت، انتقال انرژی به همراه قوانین ترمودینامیک و مکانیک سیالات برای جریانهای هوایی با ویسکوزیتی پایین استفاده کرد.
28
دسته اول
مهمترین عواملی که باعث پیچیدگی تحلیل سیستم تولید گفتار می شوند:
• غیر یکنواختی تغییرات ظاهری مجرای صوتی با زمان و نیز در طول مجرای صوتی
• تضعیف به دلیل انتقال حرارت و اصطکاک در دیواره مجرای صوتی
• انعطاف پذیری دیواره مجرای صوتی
• انتشار صدا در لبها
• تاثیرات حفره بینی
• منبع تحریک مجرای صوتی
29
دسته اول
30
دسته اول
فرض اول:
فرض دوم:
استفاده از پردازش های زمان کوتاه
31
دسته اول
32
دسته اول
33
دسته دوم
زبان یک توانایی ذهنی بشر است که به واسطه آن به ایجاد ارتباط با همنوعان خود می پردازد. زبان در واقع شامل ارتباطات و هماهنگی صداها و علایم با مفاهیم معنا دار است که ما را برای توصیف محیط اطراف و افکار درونیمان توانا می گرداند. استفاده موثر از زبان نیازمند هماهنگی بین حافظه و ورودی های سنسوری و خروجی های موتوری است.
34
دسته دوم
سه نوع عمده استفاده از حافظه برای زبان عبارتند از:
فونولوژیک (صدای حروف و کلمات)
اورتوگرافیک (املای کلمات)
معنایی (دانش ما از جهان)
35
دسته دوم
ورودی های سنسوری به این حافظه ها عبارتند از :
پردازش های شنوایی (کلمات گفته شده، صدا های اطراف و موسیقی)
پردازش های بینایی (کلمات نوشته شده، اشیاء، تصاویر و علایم)
پردازش های لامسه ای (حروف بریل)
36
دسته دوم
خروجی های موتوری می توانند مفاهیم ذهنی با استفاده از راههای زیر به عالم خارج منتقل کنند:
گفتار
آواز
نوشتار
نقاشی
37
دسته دوم
اولین مدل برای زبان
38
دسته دوم
39
دسته سوم
شواهد:(Proprioception)
پیش بینی
نقش مخچه
فیدبک اطلاعات حسی
بهینه سازی در قشر مغز
40
دسته سوم
مراحل استخراج داده های حرکتی هر قسمت از مجرای صوتی
فریم بندی سیگنال گفتار
محاسبه ضریب LPC
محاسبه ضرایب بازگشتی
محاسبه سطح مقطع و جابجایی
41
دسته سوم
42
دسته سوم
43
دسته سوم
شواهد (شنوایی):
فیدبک
یادگیری
44
با تشکر از حضورتان…