[이편한보청기] 소음속 어음 처리에 관한 뇌 기록을 통한 보청기에 대한 시사점

2023년 6월 6일 공개 저널 PLOS Biology에 발표된 새로운 연구에서, 한 연구팀은 종종 "칵테일 파티효과"라고 불리는 경쟁적인 목소리의 부조화 속에서 인간의 뇌가 음성을 처리하기 위해 사용하는 놀라운 과정들을 밝혀냈습니다. 콜롬비아 대학교의 니마 메스가라니 박사가 이끄는 그들의 연구 결과는 사람들로 붐비는 방에서 말을 이해하는 복잡한 일을 뇌가 어떻게 다루는지를 보여줍니다. 청각 명확성과 청취자의 초점과 같은 요소를 고려할 때, 소음에서 음성을 격리하고 향상시키는 것을 목표로 하는 보청기 처리의 발전을 위한 기반을 마련할 수 있을 것입니다.

 

Nima Mesgarani, PhD.

 

시끄러운 환경에서 대화에 참여하는 것은 특히 경쟁적인 목소리의 볼륨이 원하는 음성 신호를 가릴 때 상당한 어려움을 초래할 수 있습니다. 보청기는 사람들이 소음 속에서 더 잘 듣고 더 편안하게 들을 수 있도록 돕는 데 큰 진전을 이루었지만 이러한 환경에서 특정 대화 상대의 음성을 식별하고 주의를 기울이는 능력은 여전히 ​​방향성 마이크 또는 빔포밍 기술에 국한되어 있습니다.

 

시끄러운 환경에서 음성 인식의 기본 메커니즘을 더 깊이 탐구하기 위해 연구팀은 뇌 수술을 받고 있던 뇌전증 환자의 뇌에 이식된 전극에서 신경 활동을 기록했습니다. 시술 내내 환자들은 하나의 목소리에 집중하도록 지시를 받았고, 다른 목소리와 관련하여 간헐적으로 다양한 정도의 음량에 적용하여 각각 "언뜻 보기(glimpsed)" 또는 "마스킹 처리된(masked)" 대응자 역할을 했습니다.

 

소위 "칵테일 파티효과"는 다른 경쟁 목소리나 배경 소음을 필터링하면서 특정 화자에게 주의를 집중시키는 능력입니다. 그림 제공: 컬럼비아 대학교 주커만 연구소(Zuckerman Institute)

 

연구팀은 신경 기록을 활용하여 뇌 활동의 예측 모델을 구축했습니다. 이 모델들은 뇌의 1차 청각 피질과 2차 청각 피질 모두에서 "눈에 보이는" 음성 정보가 인코딩되었고, 2차 피질에서는 참석한 음성의 인코딩이 향상되었음을 보여주었습니다. 이와 대조적으로 "masked" 음성의 음성 정보는 참석한 음성인 경우에만 인코딩되었습니다. 그들은 또한 특정 glimpsed(언뜻 보기) 신호 대 잡음비율(SNR) 임계값(-4dB)이 신경 반응 예측을 최적화한다는 것을 발견했습니다.

 

또한 이 연구는 "glimpsed"와 "masked" 음성의 인코딩 사이에 시간적 불일치가 있음을 밝혀냈으며, 후자는 지연된 반응을 나타냈습니다. " glimpsed"와 "masked" 음성의 " 음성 정보를 별도로 인코딩하는 것은 참석한 음성의 "masked" 부분만 해독하는 것에 초점을 맞추는 것이 뇌로 조절되는 보청기에 대한 청각 주의 해독 시스템으로 이어질 수 있음을 의미합니다.

 

"시끄러운 장소에서 누군가의 말을 들을 때, 배경 소음이 너무 클 때 여러분의 뇌는 놓쳤던 것을 회복합니다," 라고 연구의 주요 저자인 비나이 라그하반(Vinay Raghavan)이 말합니다. "당신의 뇌는 당신이 집중하지 않은 말의 일부를 잡을 수도 있지만, 그것은 당신이 듣고 있는 사람이 비교적 조용할 때에만 가능합니다."

 

이 작업이 소음 속에서 음성의 복잡한 특성을 해결하고 보청기 기술의 미래 발전을 위한 유망한 길을 여는 데 도움이 되기를 바랍니다.

 

 

* 원문인용 :

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 : HearingTraker

 

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