[오티콘보청기 기술-3] 청취(Listening) : 뇌에서 반영되는 청취 의도 (임상연구 1)

청취(Listening) : 뇌에서 반영되는 청취 의도 (임상연구 1)

 

배경

Oticon Intent의 최첨단 기술은 사용자의 청취 의도에 따라 청각적 도움을 조율할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 이 기술이 사용자가 다양한 소리에 주의를 집중하여 균형을 유지하도록 어떻게 지원하는지 조사하는 것은 매우 흥미로운 일입니다.

 

이를 어떻게 입증할 수 있을까요? Oticon Intent의 4D 센서 기술이 사용자가 듣고자 하는 소리의 출처에 주의를 더 효율적으로 할당하도록 지원한다면, 이는 사용자의 주의에 의해 유발되는 신경 반응으로 관찰될 수 있습니다.

 

Fiedler et al.(2023)의 최근 연구에서는 새로운 실험 패러다임이 개발되었습니다. 이 연구는 청취자를 둘러싼 다양한 소리(예:음성과 환경 소음)가 어떻게 주의와 관련된 뇌 자운을 끌어들이는지 밝혔습니다. 연구에 따르면, 환경에서 의미있는 소리(즉, 청취자에게 중요한 소리)는 음성 대상에서 청취자의 주의를 더 크게 전환시킬 수 있습니다.

 

이를 입증하기 위해 연구진은 신경 추적 방법(Alickovic te al., 2019)을 적용했습니다. 이 방법은 음성이나 환경 소리와 같은 연속적인 음향 신호가 뇌 활동으로 어떻게 표현되는지를 측정할 수 있습니다. 연구 결과, 사용자가 의도적으로 듣고자 하는 대상과 주변 환경 소리 간의 균형과 역동성이 신경 반응에서 관찰될 수 있음을 보여주었으며, 이는 주의를 반영하는 중요한 요소로 나타났습니다.

 

[그림3] 임상 연구1에서 사용된 실험 자극 흐름 (Fiedler et al.,2023의 실험 흐름을 재현)

정면 스피커에서 연속적인 음성이 재생됩니다. 좌우 110도 위치에 배치된 스피커에서는 고정된 음성 형태의 소음이 재생됩니다. 또한, 좌우 뒤쪽 스피커에서는 가정, 도시, 사회 활동에서 발생하는 짧은소리(예:식기 소리, 자동차 소리 등)가 무작위 간격으로 재생됩니다.

 

 

방법

Fiedler et al.(2023)의 연구 설계를 기반으로 한 청취 연구를 진행했습니다. 평균 연령 70.5세(범위:42~84세)의 기존 보청기 사용자 30명(양이 대칭의 경도~중등도 감각신경성 난청)이 연구에 참여했습니다. 참가자들은 정면에서 나오는 연속적인 음성 신호(1분 길이의 뉴스 클립, 65dB SPL)에 집중하였으며, 동시에 일상적이고 환경적인 소리의 짧은 샘플이 측면과 후면에서 무작위로 재생되었습니다. 이와 함께 측면과 뒤쪽에서 고정된 음성 형태의 소음이 0dB SNR로 제공되었습니다(그림3 참조). 환경 소리는 가정, 사회적 상황, 또는 도시 환경에서 흔히 발생하는 소리(예: 식기 소리, 아이들이 노는 소리, 공구 소리, 자동차 소리 등)로 구성되었습니다.

 

참가자들은 청력 테스트 결과에 기반해 Oticon Intent로 맞춤 조정되었으며, VAC+ 처방 공식을 사용했습니다. 신경 반응은 64개의 전극을 사용한 EEG로 기록되었습니다(그림4 참조). 보청기는 사용자가 동일한 복잡한 청취 환경 내에서 두 가지 다른 의사소통 행동을 의도한다고 가정하여 프로그래밍 되었습니다. 1) 방 안을 탐색하기 2) 단일 대화 상대와 친밀한 대화를 나누기. 이 두가지 청취 의도는 환경 소리의 중요성을 균형 있게 조절하는 연속선상에 위치합니다.

[그림4] EEG 실험의 개요도

1. 30명의 청각 장애 참가자는 정면 스피커에서 재생되는 1분 길이의  뉴스 클립에 주의를 기울이는 동안, ±110도에 배치된 스피커에서 무작위 간격으로 재생되는 다양한 짧은 환경 소리를 들었습니다. 또한 고정된 음성 형태의 소음이 함께 재생되었습니다. 실험 중 64채널 EEG가 기록되었습니다. 

2. 기록된 EEG 신호는 아티팩트를 제거하고 오프라인에서 처리 되었으며, 분석을 위해 28개의 전두-중앙 전극이 선택되었습니다. 

3. 음성 목표와 환경 소리(i)의 자극 파형을 사용하여 해당 파형의 엔벨로프(ii)를 추출하고. 이를 EEG 신호(iii)와 상관 분석했습니다. 

4. 엔벨로프와 EEG 신호간의 관계를 설명하는 전달 함수가 도출되었습니다. 주의는 특정 자극 유형에 대한 신경 추적(EEG와 전달 함수기반 예측 EEG간의 상관 관계)으로 반영됩니다.

 

 

결과

보청기 사용자가 소리 환경에서 방향을 파악하거나(예:방에 들어가서 이동) 주변 상황을 인지하려는 경우, 환경음이 더 중요한 역할을 하며 이에 더 많은 주의를 기울일 필요가 있습니다. 반면에, 사용자가 친밀한 대화에 집중하는 상황에서는 환경 소리가 상대적으로 덜 중요하지만 여전히 신경을 써야 할 요소입니다. 이 두가지 경우 모두 말소리에 대한 접근성은 동일하게 중요합니다. 이번 연구에서 Oticon Intent를 사용할 때 사용자가 소리 환경을 정확히 파악했다는 점을 보여줍니다.그림 5A에서 확인할 수 있듯이, 목표 말소리에 대한 신경 추적(즉, 주의 집중)은 듣는 의도와 상관없이 일정하게 유지되었습니다. 이는 다양한 상황에서도 사용자가 말소리에 대해 일관된 우수한 접근성을 갖고 있음을 나타냅니다. 반면 그림 5B는 환경 속 다른 소리에 대한 신경 추적이 상황에 따라 크게 달라진다는 것을 보여줍니다. Oticon Intent가 친밀한 대화 상황에서 작동할 때, 환경 소리에 대한 신경 추적은 가장 낮았습니다. 반면 사용자가 환경을 탐색하는 상황에서는 이러한 소리에 대한 신경 추적은 가장 높았습니다. 환경 소리는 사용자가 대화중일 때도 뇌의 신경 프로세스를 통해 항상 추적됩니다. 이는 대화 중이라도 새로운 소리가 주의를 끌 수 있다는 것을 의미합니다. 그러나 Oticon Intent는 사용자의 듣는 의도에 따라 환경 소리에 대한 주의 수준을 조정할 수 있도록 돕습니다.

[그림5] Oticon Intent가 사용자의 듣기 상황을 시뮬레이션한 결과, 목표 말소리에 대한 신경 추적(A)과 환경 소리에 대한 신경 추적(B)을 보여줍니다.

각각, 사용자가 친밀한 대화에 참여하거나 방을 탐색하는 상황을 시뮬레이션한 경우입니다. 목표 말소리에 대한 신경 추적은 두 상황에서 모두 일정하게 유지되었습니다. 그러나 환경 소리에 대한 신경 추적은 사용자가 방을 탐색하는 상황을 시뮬레이션 했을 때 친밀한 대화를 시뮬레이션 했을 때 보다 10% 더 높았습니다(p=0.023). 유의미한 차이는 별표로 표시되었습니다(*p<0.05).

 

이 결과는 Oticon Intent가 단순히 청각적인 처리를 사용자의 의도에 맞게 조정하는 것뿐 아니라, 4D 센서 기술을 통해 뇌가 사용자의 의도에 따라 인지 자원을 활용하도록 도와준다는 것을 보여줍니다. 즉, 사용자의 듣는 의도가 뇌의 주의 집중과 초첨에 그대로 반영된다는 것을 나타냅니다.

 

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