2012-01-04

隨機雜訊可使訊號更清晰

Random noise helps make signals clearer
http://www.physorg.com/news/2011-12-random-noise-clearer.html

December 6, 2011

科學家已在一篇剛發表於 European Physical Journal B 的論文裡證明這些能量條件(energy conditions):其中,由於隨機雜訊的存在,供給某物理系統的弱訊號,在輸出時會變成更強的訊號(一種稱為隨機共振 (stochastic resonance) 的過程)。

隨機共振似乎違逆了下面這種直覺的想法:當雜訊存在時,訊號傾向消失(fade)。那發生在響應(response)與所施加之輸入訊號不成比例的非線性系統中。

作者們(來自印度 Bhubaneswar,物理研究所的 Shubhashis Rana、 Sourabh Lahiri 與 Arun M. Jayannavar)使用了一種模型,由一種對稱的雙井能量勢(double-well energy potential)所構成,在其中有個粒子隨機運動,而障壁則會受到外部正弦訊號的影響。正弦訊號會交替降其中一個能勢井。他們藉由觀察粒子的運動來研究侷限能勢之(能量)障壁陡峭程度的影響(They studied the effect of the steepness of the walls of the confining energy potential by observing the movement of the particle)。

作者們選擇了一種計量器(quantifier)-- 訊號對系統所做的平均功(average work) -- 來測定這些條件:在其中,每當訊號達到隨機共振時,粒子會從某個井移動到相對的井,然後返回。他們發現那(隨機共振)只會發生在能勢為「堅硬(hard)」的時候,意思是它有夠陡峭的障壁,否則(隨機共振)會被破壞。先前的研究使用不同的計量器,且發現類似結果,使用數值模擬也證實他們的發現。

這項研究促進科學家對於隨機共振的理解。那最終能對物理相關現象(例如,處理非清晰影像以增加它們的清晰度)與生物系統(包括小龍蝦的機械性刺激受器 (mechanoreceptor) 以及人類感覺神經元的作用)有更深入的洞見。

※ 相關報導:

* The role of soft versus hard bistable systems on stochastic resonance using average cycle energy as a quantifier
http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2011-20802-9
S. Rana, S. Lahiri and A. M. Jayannavar
European Physical Journal B (EPJ B) 84, 2.
doi: 10.1140/epjb/e2011-20802-9
* 神經元利用化學「和弦」塑造訊號發送
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