Learning spectro-temporal representations of complex sounds with parameterized neural networks

可解释性 计算机科学 斑马雀 语音识别 听觉皮层 人工神经网络 任务(项目管理) 参数化复杂度 图层(电子) 多样性(控制论) 人工智能 模式识别(心理学) 心理学 经济 算法 神经科学 有机化学 化学 管理
作者
Rachid Riad,Julien Karadayi,Anne‐Catherine Bachoud‐Lévi,Emmanuel Dupoux
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:150 (1): 353-366 被引量:5
标识
DOI:10.1121/10.0005482
摘要

Deep learning models have become potential candidates for auditory neuroscience research, thanks to their recent successes in a variety of auditory tasks, yet these models often lack interpretability to fully understand the exact computations that have been performed. Here, we proposed a parametrized neural network layer, which computes specific spectro-temporal modulations based on Gabor filters [learnable spectro-temporal filters (STRFs)] and is fully interpretable. We evaluated this layer on speech activity detection, speaker verification, urban sound classification, and zebra finch call type classification. We found that models based on learnable STRFs are on par for all tasks with state-of-the-art and obtain the best performance for speech activity detection. As this layer remains a Gabor filter, it is fully interpretable. Thus, we used quantitative measures to describe distribution of the learned spectro-temporal modulations. Filters adapted to each task and focused mostly on low temporal and spectral modulations. The analyses show that the filters learned on human speech have similar spectro-temporal parameters as the ones measured directly in the human auditory cortex. Finally, we observed that the tasks organized in a meaningful way: the human vocalization tasks closer to each other and bird vocalizations far away from human vocalizations and urban sounds tasks.

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