[오티콘보청기 기술-2] 뇌가 소리를 처리하는 방식, BrainHearing

뇌가 소리를 처리하는 방식 : 업데이트된 BrainHearing 기술력

청력 손실의 심각한 결과 중 하나는 소음 속에서 듣기 집중력을 조절하고 유지하는 능력이 감소하는 것입니다. 이는 청력 손실을 가진 사람들이 배경의 불필요한 소음에 더 쉽게 방해를 받게 되는 결과를 초래합니다(Shinn-Cunningham & Best, 2008). 현재의 기술은 환경의 음향적 복잡성만을 기반으로 지원 수준을 조정하기 때문에, 소음 속에서의 집중력을 완전히 복원하지는 못합니다. 이는 사용자의 청취 의도를 반영하지 못하는 한계가 있습니다. 그렇다면, 뇌는 주변의 소리를 어떻게 처리하며, 우리가 듣고자 하는 소리에 어떻게 선택적으로 집중할 수 있을까요?

 

소리를 처리할 때, 우리의 뇌는 계층적 방식으로 작동합니다(O'Sullivan et al., 2019; Puvvada & Simon, 2017). 환경에서 들어오는 모든 소리는 외이와 달팽이관을 통해 감지되며, 이러한 청각 경로의 말초 단계는 그림2에서 청각으로 표시하였습니다. 

 

[그림2] 귀에서 뇌로 소리가 처리되고 해석되는 과정을 나타낸 일러스트레이션 (Man & Ng, 2020에서 업데이트

 

이 과정에서 소리는 청각 신경과 뇌간을 거쳐 뇌의 청각 피질로 전달되고, 신경코드로 변환됩니다. 청각 피질에서는 이 신경코드가 의미 있는 청각 단서로 해석되며, 이후 주변 인지(Orient)와 집중(Focus)의 하위 시스템에서 추가로 처리됩니다(Man & Ng, 2020 참조).

 

주변 인지(Orient) 하위 시스템 : 적절한 신경코드를 수신하여, 소리의 성격이나 방향에 상관없이 모든 청각 요소를 통합적으로 파악하고, 전체적인 음향 환경(soundscape)에 대한 전반적인 개요를 형성하는 역할을 합니다.

 

집중(Focus) 하위 시스템 : 듣고자 하는 소리를 선택하고 이에 집중할 수 있도록 돕는 역할을 합니다. 이와 동시에 불필요한 소리는 배경으로 밀어내어 주의를 분산시키지 않도록 합니다.

 

집중하고자 하는 소리를 듣고 난 후, 뇌는 그 소리에서 의미를 추출하고 전달된 내용을 이해(Recognize) 한 다음, 이에 반응(React)해야 합니다. 반응은 계획, 모니터링, 평가, 추론 등 다양한 과정을 포함하며, 이는 개인의 목표나 의도에 따라 주의와 행동을 안내합니다(Miller & Cohen, 2001; Lemke and Besser, 2016). 다시 말해, 청취 의도는 집중 하위 시스템을 제어하여 우리가 주위를 기울이고자 하는 대상을 결정하는 데 영향을 미칩니다(그림2). 이러한 유형의 통제된 처리는 집중을 유지하는 데 필수적이며, 변화하는 상황에 유연하게 적을할 수 있는 능력을 제공합니다.

 

듣기, 경청, 인지, 반응의 단계를 거친 후, 의사소통이 어떻게 연결될까요? Kiessling at al. (2003)는 언어적 의사 소통의 네 가지 기능적 단계를 듣기, 경청, 이해, 의사소통으로 정의했습니다. 자사의 BrainHearing 모델은 Kiessling et al.의 프레임워크에서 첫 세 단계를 포함합니다. 인지는 음성을 인식하는 것(즉, 단어나 문장을 식별하고 반복할 수 있는 능력)과 음성 이해(더 높은 수준의 처리, 예:의미 처리, 맥락 해석, 의도 수용 등)를 모두 포괄합니다. Kiessling et al. (2003)에 따르면, 언어적 의사 소통은 대화에 참여하는 두 명 이상의 사람이 주의 깊게 듣고, 이해할 수 있어야 가능합니다. 이러한 필수 단계 외에도 성공적인 의사 소통의 요인은 다음과 같습니다(Nicoras et al. (2022)). (1) 쉽게 들을 수 있는 능력; (2) 도움을 줄 수 있는 말로 대화하는 것; (3)대화에 몰입하는 것. 따라서, 뇌가 더 쉽게 듣고 몰입할 수 있도록 돕는 것이 성공적인 의사소통을 지원하는 데 매우 중요합니다.

 

Oticon Intent는 추론된 청취 의도에 따라 지원 수준을 조정하여, 뇌가 환경을 탐지하고 소음 속에서 초첨을 맞추는 자연스러운 능력을 지원합니다. 이 백서에서 언급된 임상연구는 그림2의 BrainHearing 모델을 따릅니다. 기술 연구는 청각 시스템의 말초 단계인 "듣기" 단계에 해당합니다. 임상 연구1은 "집중 하위 시스템"과 관련되며, 임상 연구2와 3은 "이해 및 반응" 단계와 연결됩니다.

 

듣기(Hearing) : 기술 측정을 통한 지원 적응 평가

Oticon Intent가 제공하는 지원의 적응성을 조사하기 위해, 특정 음향 환경에서 보청기 출력의 신호대잡음비(SNR) 개선 효과를 측정했습니다 (Braendgaard/Zapata-Rodriguez et al., 2024). 이 측정은 목표 소리와 주변 소음 간의 대비를 보청기가 얼마나 증가시키는지를 정량적으로 나타냅니다. Oticon Real에서는 사용자의 의도가 시간에 따라 변하더라도 SNR 개선이 고정된 상태로 유지되는 결과를 보여주었습니다(그림 1A). 그러나 Oticon Intent는 사용자의 의도에 따라 최대 5dB까지 지원을 조정하는 결과를 나타냈습니다(그림 1B). 기술 연구와 측정 절차에 대한 세부 사항은 Braendgaard /Zapata-Rodriguez et al.의 백서에서 확인할 수 있습니다.

또한, Oticon Intent는 Oticon Real과 비교해 음성과 소음 간 추가적인 5dB의 대비를 제공했습니다. 이 중 3.5dB는 4D 센서 기술 덕분이며, 나머지 1.5dB는 Deep Neural Network 2.0(DNN2.0)과 Sirius 플랫폼에서 기인한 결과입니다. Oticon Intent에서 제공하는 이 5dB의 SNR 개선은 음성 단서 접근성을 35% 향상시키는 것과 같습니다. Oticon Intent가 사용자에게 더 명확하고 이해하기 쉬운 음성을 제공하는 강력한 기술임을 보여줍니다.

 

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