[연구] 뇌의 신호를 통한 청력 손실 해독 - 이편한보청기

나이는 성인 청각 손실의 가장 강력한 예측 변수입니다. 65세 이상의 사람들 중 대략 25%가 청각 장애를 가지고 있기 때문입니다. 수용적 의사소통 문제는 노인의 사회적 고립, 우울증, 치매와 관련이 있습니다.노화의 청각적 특징 중 소음속 언어,  SIN(Speech In Noise)의 인식 난이도는 가장 일관된 과제 중 하나입니다.

 

불행히도, 보청기가 정확한 청각을 할 때조차도, 그들은 종종 이러한 실제적인 청력을 향상시키지 못합니다.게다가, 내이의 병적인 변화는 잘 확립되어 있지만, 언어, 인지 신호를 실제로 해석하는 나머지 뇌가 청각 손실에 의해 어떻게 영향을 받는지에 대해서는 덜 알려져 있습니다. 이로 인해 노인들의 SIN 처리 결손을 설명할 수 있는 신경계 기능의 변화를 식별하기 위한 새로운 뇌 영상 작업이 시도 되었습니다. 그러나 우리의 청각 시스템이 희미해지기 시작함에 따라 음성과언어를 처리하는 광대한 신경망의 변화를 어떻게 식별할 수 있을까요?

 

이러한 질문을 해결하기 위해 이 연구는 최근 빅데이터 과학 기술을 활용하여 청력 손실을 수반하는 뇌 조직의 변화를 확인했습니다. 머신러닝, 신경해독 및 기능적 연결을 포함한 이러한 도구를 통해 청취자는 SIN인식 뿐만 아니라, 청각장애의 심각도와 관련된 뇌 활동의 미묘한 변화를 식별할 수 있게 해주었습니다. 이 접근 방식은 전적으로 데이터 중심이며, 단순한 지각 작업(예, 음소식별) 중에 기록하는 EEG 뇌파의 복잡성을 활용하고 있습니다.

 

최근의 일련의 연구에서 32명의 나이든 성인 (52-72세)을 모집했는데, 이 중 대략 절반은 정상 청력 (NH)이었고 나머지 절반은 행동 청력도를 기반으로 정의된 청각 장애 (HI)가 있었습니다. 연령과 성별은 그룹간에 일치했습니다. HI 청취자는 연령 관련 노안의 전형적인 특징인 고주파 역치 상승과 함께 비교적 경미한 청력 손실을 보였습니다. 그런 다음 빠른 음성 및 SIN 인식작업을 수행하면서 다중채널(32개 전극) EEG 데이터를 기록했습니다. 이를 통해 어디서 뇌가 NH를 HI 청취자와 가장 잘 구별하는 지를 결정할 수 있었습니다(그림1).

 

[그림1] EEG를 통한 난청해독

a. EEG의 근본적인 원인은 확립된 질환에 기초하여 뇌의 여러 영역에 위치시킬 수 있다.
b. 대표적인 영역에서 추출된 유발전위는 정상청력(NH) 및 청각장애(HI) 청취자에게서 언어에 대한 뇌의 반응을 반영한다. 
c. 분류기는 데이터 측정을 최적으로 분류하고 EEG만을 기반으로 청취자의 그룹 구성원(즉, NH vs HI)을 예측하려고 시도한다. 그 다음 신경예측을 원래의 오디오그램과 비교하여 분류기 성능을 판단할 수 있다.
d. EEG에서 청력상태를 분류하는 것은 80% 이상 정확하다. 정력 손실은 또한 우뇌할동에 비해 좌뇌를 사용하여 더 잘 해독되며, 음성 언어처리의 오른쪽 반구 활동에 바해 왼쪽을 사용하여 더 잘 해독(디코딩)된다.

 

관련 연구에서 연구팀은 그래프 이론이라는 수학 분야의 기술을 적용하여 청력 손실로 인한 뇌 네트워크 조직의 변화를 매핑했습니다. 이를 통해 음성 인식과 관련된 신경 회로의 웹을 시각화하고 이러한 행동 (즉, 기능적 연결) 동안 서로 다른 뇌 영역이 서로 통신하는 방식을 특성화 할 수 있습니다.

 

불행히도 이러한 유형의 분석은 우리가 EEG에서 볼 수있는 청력 관련 변화 의 원인 을 결정할 수 없습니다 . 말초 손상 외에도, 중추 청각 경로의 변화, 피질의 회색 및 백질 감소, 그리고 결국인지 능력을 제한하는 노화 관련 위축은 모두 노인의 청력 문제에 기여합니다. 근본적인 인식 이론에 관계없이 청각의 변화는 두피 기록 피질적 잠재력에서 해독할 수 있는 광범위한 신경 조직 개편에서 발현된다는 것은 분명하지만, 임상 청력평가에서 뇌 해독에 효용성이 있을지는 의문이 남습니다.

 

다채널 EEG와 피질 반응 시험은 일반적인 청각전문가의 테스트 범위를 벗어나 있지만, 우리는 가까운 미래에 이러한 객관적 조치와 뇌 해독 기법의 보다 광범위한 사용이 더 널리 이용될 수 있기를 바랍니다. 이러한 기법들이 청력 손실의 유무뿐 아니라 상이한 정도의 손실과 청력학적 구성까지 식별할 수 있는지를 확인하기 위해 추가적인 연구가 필요합니다.

 

그럼에도 불구하고 디지털 의료에 웨어러블 기술의 사용은 급속히 증가하고 있으며, 뇌 건강의 다양한 측면을 가정에서 모니터링하는 모바일(무선) EEG가 주류가 되고 있습니다. 이러한 휴대용 기기는 기계학습과 인공지능의 발전이 더욱 확대되는 것과 함께 아마도 현재의 임상적 조치를 통해 조기 청력 문제를 식별하기 위한 새로운 신경진단을 제공할 수 있을 것으로 여겨집니다.

 

원문출처 : The Hearing Journal : 2020 년 11 월-73 권-11 호-p 42,44,45

 

 

이편한보청기 청각센터

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