보청기에 대한 암시와 함께 소음 환경속 음성처리를 조명하는 뇌 기록 연구

Columbia University의 Nima Mesgarani 박사가 중심이 된 연구팀은 지난 6월,  공개 PLOS Biology journal에서 일반적으로 "칵테일 효과"라고 불리는 경쟁적인 목소리의 불협화음 속에서 말을 처리하기 위해 인간의 뇌가 사용하는 놀라운 과정에 대해 밝혔습니다. 그들의 연구 결과는 사람들로 붐비는 방에서 말을 이해하는 복잡한 과제를 뇌가 어떻게 해결하는지를 밝혀줍니다. 청각적 명료성 및 청취자의 초점과 같은 요소를 고려하여 소음 내 음성을 격리하고 향상시키는 것을 목표로 하는 보청기 처리의 발전을 위한 기반을 마련할 수 있는 가능한 시사점을 제시하고 있습니다.

 

Nima Mesgarani, PhD.

시끄러운 환경에서 대화에 참여하는 것은 특히 경쟁하는 목소리의 볼륨이 원하는 음성 신호를 가릴 때 심각한 문제를 야기할 수 있습니다. 보청기가 사람들이 소음 속에서 더 잘 듣고 더 편안하게 들을 수 있도록 돕는 데 큰 발전을 이루었지만 이러한 환경에서 특정 대화 상대의 말을 식별하고 주의를 기울이는 보청기의 능력은 여전히 ​​대부분 지향성 마이크(directional microphone) 또는 빔포밍(beamforming) 기술에 국한되어 있습니다.

 

시끄러운 환경에서 음성 인식의 기초가 되는 메커니즘을 더 깊이 탐구하기 위해, 연구팀은 뇌 수술을 받고 있는 간질 환자들의 뇌에 이식된 전극의 신경 활동을 기록했습니다. 절차 전반에 걸쳐 환자는 단일 음성에 집중하도록 지시받았고,고다른 음성과 관련하여 간헐적으로 다양한 정도의 음량을 적용하여 각각 "언뜻, 어렴풋한(=glimpsed)" 또는 "가려진(=masked )" 역활을 하였습니다.

 

소위 말하는 "칵테일 효과"는 경쟁하는 다른 목소리나 배경 소음을 걸러내면서 특정 화자에게 주의를 집중시키는 기능입니다. Columbia University의 Zuckerman Institute에서 제공한 일러스트레이션.

 

연구팀은 신경 기록을 활용하여 뇌 활동의 예측 모델을 구축했습니다. 모델은 "언뜻, 어렴풋한" 음성의 음성 정보가 뇌의 1차 및 2차 청각 피질 모두에서 인코딩되고 주의를 기울인 음성의 인코딩이 2차 피질에서 향상됨을 보여주었습니다. 대조적으로, "가려진" 음성의 음성 정보는 참석 음성인 경우에만 인코딩되었습니다. 그들은 또한 특정 SNR(signal-to-ratio) 임계값(-4dB)이 신경 반응 예측을 최적화한다는 것을 발견했습니다.

 

더욱이 이 연구는 "언뜻, 어렴풋한" 음성과 "가려진" 음성의 인코딩 사이에 일시적인 불일치가 있음을 밝혔으며 후자는 지연된 응답을 나타냈습니다. "언뜻, 어렴풋한" 음성과 "가려진" 음성에서 음성 정보의 별도 인코딩은 유인 음성의 "가려진" 부분만을 해독하는 데 초점을 맞추는 것이 뇌 제어 보청기를 위한 개선된 청각 주의 해독 시스템으로 이어질 수 있음을 의미합니다.

 

 

"시끄러운 곳에서 누군가의 말을 들을 때 배경 소음이 너무 크면 뇌가 놓친 부분을 회복합니다."라고 연구 책임자인Vinay Raghavan은 말합니다. "당신의 두뇌는 또한 당신이 집중하지 않는 말의 일부를 포착할 수 있지만, 당신이 듣고 있는 사람이 상대적으로 조용할 때만 가능합니다."

 

이 작업은 소음 속에서 어음의 복잡한 특성을 밝히고, 보청기 기술의 미래 발전을 위한 유망한 길을 여는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.

 

 

원본기사 인용 : Raghavan VS, O’Sullivan J, Bickel S, Mehta AD, Mesgarani N. Distinct neural encoding of glimpsed and masked speech in multitalker situations. PLoS Biol. 2023;21(6):e3002128.

 

출처 : EurekAlert

 

 

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