स्टोचैस्टिक अनुनाद

प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि (एसआर) एक ऐसी घटना है जिसमें एक संकेत जो सामान्य रूप से संवेदक द्वारा पता लगाने के लिए बहुत दुर्बल होता है, सिग्नल में श्वेत रव जोड़कर बढ़ाया जा सकता है, जिसमें आवृत्तियों का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम होता है। मूल सिग्नल की आवृत्तियों के अनुरूप श्वेत रव में आवृत्तियाँ एक दूसरे के साथ प्रतिध्वनित होंगी, मूल सिग्नल को बढ़ाना होता है जबकि शेष श्वेत रव को बढ़ाना नहीं होता है- जिससे सिग्नल-से-रव अनुपात में वृद्धि होगी, जो मूल सिग्नल को अधिक प्रमुख बनाता है। इसके अतिरिक्त, जोड़ा गया श्वेत रव संवेदक द्वारा पता लगाने के लिए पर्याप्त हो सकता है, जो मूल, पहले से पता न संचरित होने वाले सिग्नल का प्रभावी रूप से पता लगाने के लिए इसे फ़िल्टर कर सकता है।

जोड़े गए श्वेत रव के साथ प्रतिध्वनित करके असंसूचनीय संकेतों को बढ़ावा देने की यह घटना कई अन्य प्रणालियों तक विस्तृत हुई है - फिर विद्युत चुम्बकीय, भौतिक या जैविक - और अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है।

प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि पहली बार 1981 में इतालवी भौतिकविदों रॉबर्टो बेंज़ी, अल्फोंसो सुतेरा और एंजेलो वुल्पिअर्थात द्वारा प्रस्तावित की गई थी। और उनके द्वारा प्रस्तावित पहला अनुप्रयोग (जॉर्ज पारसी के साथ) जलवायु गतिशीलता के संदर्भ में था।

तकनीकी विवरण

प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि (एसआर) तब देखा जाता है जब प्रणाली में जोड़ा गया रव कुछ प्रचलन में प्रणाली के व्यवहार को बदलता है। अधिक तकनीकी रूप से, प्रसंभाव्य (स्टोकेस्टिक) प्रतिध्वनि तब होता है जब रव तीव्रता (भौतिकी) के मध्यम मूल्यों के लिए एक गैर-रैखिक प्रणाली या उपकरण का संकेत-ध्वनि अनुपात बढ़ जाता है। यह प्रायः द्वि-स्थायी प्रणाली में या संवेदी प्रभाव सीमा वाले प्रणाली में होता है और जब प्रणाली का निविष्ट सिग्नल उप-प्रभाव सीमा होती है। कम रव तीव्रता के लिए, सिग्नल उपकरण को प्रभाव सीमा पार करने का कारण नहीं बनता है, इसलिए इसके माध्यम से अल्प सिग्नल (सूचना सिद्धांत) पारित किया जाता है। बड़े रव की तीव्रता के लिए, निर्गम में रव का प्रभुत्व होता है, जिससे कम संकेत-ध्वनि अनुपात भी होता है। मध्यम तीव्रता के लिए, रव सिग्नल को प्रभाव सीमा तक पहुंचने की स्वीकृति देता है, लेकिन रव की तीव्रता इतनी बड़ी नहीं है कि इसे अभिभूत कर दिया जाए। इस प्रकार, रव की तीव्रता के एक कार्य के रूप में संकेत-ध्वनि अनुपात के प्रकार्य का एक ग्राफ में एक शीर्ष होता है।

वास्तव में, द्वि-स्थायी प्रणाली में प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि होता है, जब एक छोटी आवधिक ( ज्यावक्रीय) बल एक बड़े विस्तृत बैंड प्रसंभाव्य बल (रव) के साथ प्रयुक्त होता है। प्रणाली की प्रतिक्रिया दो स्थिर अवस्थाओं के बीच प्रणाली स्विच करने के लिए प्रतिस्पर्धा/सहयोग करने वाली दो सामर्थ्यों के संयोजन से संचालित होती है। व्यवस्था की श्रेणी आवधिक गति की मात्रा से संबंधित है जो प्रणाली प्रतिक्रिया में दिखाती है। जब प्रणाली प्रतिक्रिया स्विच न करने के लिए आवधिक बल को अधिक छोटा चयन किया जाता है, तो ऐसा होने के लिए गैर-नगण्य रव की उपस्थिति आवश्यक होती है। जब रव छोटा होता है, तो बहुत कम स्विच होते हैं, मुख्य रूप से यादृच्छिक रूप से प्रणाली प्रतिक्रिया में कोई महत्वपूर्ण आवधिकता नहीं होती है। जब रव बहुत तेज होता है, ज्यावक्रीय की प्रत्येक अवधि के लिए बड़ी संख्या में स्विच होते हैं, और प्रणाली प्रतिक्रिया उल्लेखनीय आवधिकता नहीं दिखाती है। इन दो स्थितियों के बीच, रव का एक इष्टतम मान सम्मिलित होता है जो समय-समय पर लगभग एक स्विच प्रति अवधि (संकेत-ध्वनि अनुपात में अधिकतम) बनाने के लिए समय-समय पर प्रबलता के साथ मिलकर काम करता है।

इस तरह की एक अनुकूल स्थिति मात्रात्मक रूप से दो समय माप के मिलान द्वारा निर्धारित की जाती है: साइनसॉइड (ज्यावक्रीय) की अवधि (नियतात्मक समय माप) और क्रेमर्स दर (अर्थात, एकमात्र रव से प्रेरित औसत स्विच दर: प्रसंभाव्य समय माप का व्युत्क्रम) इस प्रकार प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि शब्द है।

हिमयुग की 100,000 साल की समस्या को समझाने के लिए 1981 में पहली बार प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि की खोज की गई और प्रस्तावित किया गया। तब से, समान सिद्धांत को विभिन्न प्रकार की प्रणालियों में प्रयुक्त किया गया है। वर्तमान मे प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि सामान्य रूप से प्रयुक्त होता है जब प्रणाली प्रतिक्रिया में क्रम में वृद्धि निर्धारित करने के लिए रव और गैर-रैखिकता सहमति होती है।

अधि-प्रभाव सीमा

अधि-प्रभाव सीमा प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि का एक विशेष रूप है, जिसमें यादृच्छिक अस्थिरता रव (दूरसंचार), या एक गैर रेखीय प्रणाली में संकेत प्रसंस्करण लाभ प्रदान करता है। अधिकांश गैर-रैखिक प्रणालियों के विपरीत जिसमें प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि होता है, सुपरप्रभाव सीमा प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि तब होता है जब अस्थिरता की क्षमता निविष्ट सिग्नल के सापेक्ष छोटी होती है, या यादृच्छिक रव के लिए भी छोटी होती है। यह एक उप-प्रभाव सीमा सिग्नल तक ही सीमित नहीं है, इसलिए विशेषक की आवश्यकता होती है।

तंत्रिका विज्ञान, मनोविज्ञान और जीव विज्ञान

Main article: प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि (संवेदी तंत्रिका जीव विज्ञान)

कई जीवों की संवेदी प्रणालियों के तंत्रिका ऊतक में प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि देखा गया है। संगणात्मक रूप से, तंत्रिका उनके प्रसंस्करण में गैर-रैखिकताओं के कारण प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि प्रदर्शित करते हैं। प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि को अभी तक पूरी तरह से जैविक प्रणालियों में समझाया जाना है, लेकिन मस्तिष्क में तंत्रिका दोलन (विशेष रूप से गामा तरंग आवृत्ति में) शोधकर्ताओं द्वारा प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि के लिए एक संभावित तंत्रिका तंत्र के रूप में सुझाया गया है जिन्होंने अवचेतन दृश्य संवेदना की धारणा की जांच की है। अनुमस्तिष्क पुर्किन्जे कोशिकाओं सहित इन विट्रो में एकल तंत्रिका और व्यंग्य विशाल अक्षतंतु व्युत्क्रम प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि भी प्रदर्शित कर सकता है, जब किसी विशेष विचरण के गुणसुत्रीसंयोजक रव द्वारा स्पाइकन को प्रतिबंधित कर दिया जाता है।

चिकित्सा

प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि-आधारित तकनीकों का उपयोग विशेष रूप से बुजुर्गों, या मधुमेह तंत्रिका-विकृति या स्ट्रोक वाले मरीजों के लिए जेम्स कोलिन्स (जैव-अभियांत्रिकी) जैसे संवेदी और मोटर कार्यों को बढ़ाने के लिए चिकित्सा उपकरणों की एक नई श्रेणी बनाने के लिए किया गया है।

प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि के व्यापक अवलोकन के लिए आधुनिक भौतिकी की लेख समीक्षा देखें।

प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि को प्रतिबिंब प्रसंस्करण के क्षेत्र में उल्लेखनीय अनुप्रयोग मिला है।

सिग्नल विश्लेषण

एनॉलॉग से डिजिटल रूपांतरण से पहले एक संबंधित घटना एनालॉग संकेतों पर प्रयुक्त होती है। एक उपकरण की पहचान सीमा के नीचे संप्रेषण आयाम को मापने के लिए प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि का उपयोग किया जा सकता है। यदि गाऊसी रव को एक उप-प्रभाव सीमा (अर्थात, असीमित) सिग्नल में जोड़ा जाता है, तो इसे एक पता लगाने योग्य क्षेत्र में लाया जा सकता है। पता लगाने के बाद, रव हटा दिया जाता है। पता लगाने की सीमा में चौगुना संशोधन प्राप्त किया जा सकता है।

यह भी देखें

• आपसी सामंजस्य (रैखिक बीजगणित)
• सिग्नल अनुसन्धान सिद्धांत
• प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि (संवेदी तंत्रिका जीव विज्ञान)

ग्रन्थसूची

• McDonnell MD, and Abbott D (2009). "What is Stochastic Resonance? Definitions, misconceptions, debates, and its relevance to biology". PLOS Computational Biology. 5 (5): e1000348. Bibcode:2009PLSCB...5E0348M. doi:10.1371/journal.pcbi.1000348. PMC 2660436. PMID 19562010.
• Gammaitoni L, Hänggi P, Jung P, Marchesoni F (2009). "Stochastic Resonance: A remarkable idea that changed our perception of noise" (PDF). European Physical Journal B. 69 (1): 1–3. Bibcode:2009EPJB...69....1G. doi:10.1140/epjb/e2009-00163-x. S2CID 123073615.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• Hänggi P (Mar 2002). "Stochastic resonance in biology. How noise can enhance detection of weak signals and help improve biological information processing" (PDF). ChemPhysChem. 3 (3): 285–90. doi:10.1002/1439-7641(20020315)3:3<285::AID-CPHC285>3.0.CO;2-A. PMID 12503175.
• F. Chapeau-Blondeau; D. Rousseau (2009). "Raising the noise to improve performance in optimal processing". Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. 2009 (1): P01003. Bibcode:2009JSMTE..01..003C. doi:10.1088/1742-5468/2009/01/P01003. S2CID 7778013.
• J.C. Comte; et al. (2003). "Stochastic resonance: another way to retrieve subthreshold digital data". Physics Letters A. 309 (1): 39–43. Bibcode:2003PhLA..309...39C. doi:10.1016/S0375-9601(03)00166-X.
• Moss F, Ward LM, Sannita WG (Feb 2004). "Stochastic resonance and sensory information processing: a tutorial and review of application". Clin Neurophysiol. 115 (2): 267–81. doi:10.1016/j.clinph.2003.09.014. PMID 14744566. S2CID 4141064.
• Wiesenfeld K, Moss F (Jan 1995). "Stochastic resonance and the benefits of noise: from ice ages to crayfish and SQUIDs". Nature. 373 (6509): 33–6. Bibcode:1995Natur.373...33W. doi:10.1038/373033a0. PMID 7800036. S2CID 4287929.
• Bulsara A, Gammaitoni L (1996). "Tuning in to noise" (PDF). Physics Today. 49 (3): 39–45. Bibcode:1996PhT....49c..39B. doi:10.1063/1.881491.
• F. Chapeau-Blondeau; D. Rousseau (2002). "Noise improvements in stochastic resonance: From signal amplification to optimal detection". Fluctuation and Noise Letters. 2 (3): L221–L233. doi:10.1142/S0219477502000798. S2CID 47951856.
• Priplata AA, Patritti BL, Niemi JB, et al. (Jan 2006). "Noise-enhanced balance control in patients with diabetes and patients with stroke". Ann. Neurol. 59 (1): 4–12. doi:10.1002/ana.20670. PMID 16287079. S2CID 3140340.
• Peter Hänggi; Peter Talkner; Michal Borkovec (1990). "Reaction-rate theory: fifty years after Kramers". Reviews of Modern Physics. 62 (2): 251–341. Bibcode:1990RvMP...62..251H. doi:10.1103/RevModPhys.62.251. S2CID 122573991.
• Hannes Risken The Fokker-Planck Equation, 2nd edition, Springer, 1989

=== अधि-प्रभाव सीमा प्रसंभाव्य प्रतिध्वनि === के लिए ग्रंथ सूची

• निगेल जी. स्टॉक्स|एन. जी. स्टॉक्स, मल्टीलेवल प्रभाव सीमा प्रणाली्स में अधि-प्रभाव सीमा प्रसंभाव्य रेजोनेंस, फिजिकल रिव्यू लेटर्स, '84', पीपी. 2310–2313, 2000।
• मार्क डी. मैकडॉनेल|एम. डी. मैकडॉनेल, डेरेक एबट|डी. एबट, और चार्ल्स ई.एम. पियर्स|सी. ई.एम. पियर्स, एन एनालिसिस ऑफ़ नॉइज़ एनहांस्ड इन्फॉर्मेशन ट्रांसमिशन इन अ ऐरे ऑफ़ कम्पैरेटर्स, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक जर्नल '33', पीपी. 1079–1089, 2002।
• मार्क डी. मैकडॉनेल|एम. डी. मैकडॉनेल और निगेल जी. स्टॉक्स|एन. जी. स्टॉक्स, अधि-प्रभाव सीमा प्रसंभाव्य रेजोनेंस, स्कॉलरपीडिया '4', आर्टिकल नंबर 6508, 2009।
• मार्क डी. मैकडॉनेल|एम. डी. मैकडॉनेल, निगेल जी. स्टॉक्स|एन. जी. स्टॉक्स, चार्ल्स ई.एम. पियर्स|सी. ई.एम. पियर्स, डेरेक एबट|डी. एबट, प्रसंभाव्य रेजोनेंस (पुस्तक) | प्रसंभाव्य रेजोनेंस: फ्रॉम अधि-प्रभाव सीमा प्रसंभाव्य रेजोनेंस टू प्रसंभाव्य सिग्नल क्वांटाइजेशन, कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस, 2008।
• F. Chapeau-Blondeau; D. Rousseau (2004). "पावर-लॉ विशेषताओं के साथ सेंसर के समानांतर सरणियों में शोर से वृद्धि". Physical Review E. 70 (6): 060101. Bibcode:2004PhRvE..70f0101C. doi:10.1103/PhysRevE.70.060101. PMID 15697330. S2CID 30684643.

बाहरी संबंध

• "Stochastic resonance". Scholarpedia.
• Scholar Google profile on stochastic resonance
• Harry JD, Niemi JB, Priplata AA, Collins JJ (Apr 2005). "Balancing Act". IEEE Spectrum. 42 (4): 36–41. doi:10.1109/MSPEC.2005.1413729. S2CID 18576276.
• Newsweek Being messy, both at home and in foreign policy, may have its own advantages Retrieved 3 Jan 2011
• Stochastic Resonance Conference 1998–2008 ten years of continuous growth. 17-21 Aug. 2008, Perugia (Italy)
• Stochastic Resonance - From Suprathreshold Stochastic Resonance to Stochastic Signal Quantization (book)
• Review of Suprathreshold Stochastic Resonance
• A.S. Samardak, A. Nogaret, N. B. Janson, A. G. Balanov, I. Farrer and D. A. Ritchie. "Noise-Controlled Signal Transmission in a Multithread Semiconductor Neuron" // Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 226802, [1]