오티콘보청기의 새로운 청각기술 관점 - 브레인히어링2.0 (1)

청각기술을 연구하는 덴마크 청각연구기업 오티콘(Oticon)사는 청력손실을 관리하는 방법에 대해 조명하고 청각 관리의 다음 단계를 정의하는데 중요한 개념을 정의하고 있습니다. 아래의 내용은 Otion의 기술백서 개정4판에 수록된 내용으로 과학기술의 발달로 한 단계 업데이트된 브레인히어링2.0의 새로운 관점을 소개합니다. 

 

브레인히어링(BrainHearing)은 Oticon의 연구 및 기술발전을 이끄는 최고의 가이드이며 뇌가 어떻게 작동하는지 이해함을 통해 소리를 이해하는 데 있어서 뇌를 지원하는 철학입니다. 본 기술 백서에서는 뇌가 소리를 어떻게 처리하는지에 대한 새로운 과학적 발견을 다룹니다. 

 

개요

우리의 뇌는 다섯 개의 감각을 통해 우리 주변 세계를 이해합니다. 많은 사람들은 일상 생활에서의 의사소통을 위해 다섯 개의 감각 중 청력에 크게 의존합니다. 이는 청력손실이 발생하년 듣기만 어려워지는 것이 아니라 뇌 또한 소리를 이해하기 위해 더 힘들게 작동 해야함을 의미합니다. 브레인히어링(BrainHearing) 이념은 뇌에서 자연스러운 소리 처리를 최상의 방식으로 지원하는 기술을 제공하여 소리 이해를 위한 최적의 조건을 만드는 것입니다. 새로운 과학적 발견은 뇌가 소리를 처리하는 방법에 대한 더 많은 정보를 공개했으며, 이는 브레인히어링의 새로운 관점에 대한 기반으로 작용합니다.

귀에서 뇌까지 소리의 이동 과정

뇌는 자체로 음향 처리기로 작동할 수 있습니다. 뇌는 최적으로 작동하기 위해서 상황에 맞는 반응을 생성한다는 궁극적인 목표를 달성하는 데 필요한 모든 관련 정보를 필요로 합니다. 우리가 특정한 소리를 걸러내고 선택적으로 주의를 기울이는 방법을 더 잘 이해하기 위해서는 뇌에서 발생하는 개별 처리 과정들을 깊이 파헤쳐야 합니다. 일반적으로, 전반적인 소리 감각은 먼저 귀로 들어가 와우 신경 내부의 화학-전기 에너지로 변환됩니다. 이러한 화학-전기 에너지는 신경코드(Neural code)를 형성하며 이는 청각 신경, 뇌간 및 마지막으로 피질을 통해 뇌로 전달됩니다.

 

뇌는 다른 대상의 희생을 감수하면서 더 세부적으로 조사할 하나의 대상을 선택해야 할 필요가 있습니다. 이를 대상 선택이라고 일컫습니다.

 

소리 대상을 형성하고 선택하는 과정을 소리환경파악(Orient)과 중점소리집중(Focus) 시스템의 단계로 구분됩니다. 궁극적으로, 소리는 뇌에 의해 우리가 속한 상황과 관련된 의미있는 대상으로 인식됩니다. 아래 그림1은 피질까지의 전형적인 소리의 이동 과정을 보여줍니다.

 

[그림1] 2개의 청각관리 시스템 - 소리환경파악(Orient)과 중점소리집중(Focus)

 

소리환경파악(Orient)

-  일차 청각 피질에서의 풍부한 소리 환경 파악

 

혼합된 모든 소리가 귀로 들어가면, 달팽이관은 기계적 진동을 전기 에너지로 변환시키고, 이는 정각 신경을 통해 뇌간으로 이동하여 최종적으로 1차 청각 피질에 도달하는 신경코드(Neural code)를 형성합니다. 이 때 청각 대상이 형성됩니다 (O'Sullivan et al., 2019).

 

[그림2] 소리환경파악(Orient)의 전체소리 환경 표현.

뇌는 필요한 것을 선택하기 전에 도구 상자의 모든 도구를 테이블에 배치해 놓는 것처럼(그림2) 음향 특징들을 전체적으로 볼 수 있도록 합니다. 이러한 정보 수집 후에, 뇌는 소리를 듣고 있는 사람의 목표에 따라 본인이 선택하고 싶은 도구(즉, 대상)를 선택하도록 움직일 수 있습니다.

 

우리는 일차 피질의 이 초기 단계를 소리환경파악(Orient) 단계라고 부릅니다. 이 단계에서, 뇌는 좋은 신경코드(Neural code)에 의존하여 소리 대상의 배경을 파악하고 그 주변에서 무슨 일이 일어나고 있는지 판단하며 소리 환경을 풍부하게 파악하기 위해 소리를 분리하기 시작합니다. 이 정보는 중점소리집중(Focus)에 대한 전제 조건을 제공합니다.

 

중점소리집중(Focus)

-  청각 피질의 비일차 영역에서의 선택적 주의집중

 

[그림3] 훨씬 강하게 표현되는 중점소리집중(Focus)의 집중대상(첼로)

소리환경파악(Orient) 단계에서 소리 대상이 형성된 후에 집중하고 싶은 것을 선택하는 단계입니다. 이 단계에서 대상 선택이 진행됩니다(그림3). 첼로에 초점을 맞추고자 하는 예시를 보면 첼로와 짖는 소리를 구별하기 위해서 뇌는 짖는 소리가 음악과 다른 리듬을 가지고 있다는 것을 인식합니다. 짖는 소리는 갑자기 시작되고 멈추는 반면, 음악은 더 연속적인 경향이 있어 두 대상을 서로 분리할 수 있습니다. 이러한 특징을 탐색하는 것은 우리가 한가지에만 관심을 갖는 스포트라이트처럼 들었다면 불가능했을 것입니다.

 

비일차 영역에서의 후속 청각 처리 단계는 이로써 중점소리집중(Focus) 단계라고 합니다. 이 단계에서 뇌는 불필요한 소리는 걸러내면서 집중하거나 주의를 전환하고 싶은 소리를 식별합니다. 주의를 전환하기 위해, 우리의 뇌는 우리가 관심을 가질 만한 다른 어떤 것이 있을지도 모르는 경우를 대비하여 초당 4번까지 빠르게(Helfrich et al., 2018) 환경의 무시된 부분까지 스캔합니다.

 

즉, 소리환경파악(Orient)과 중점소리집중(Focus)의 두 단계는 동시에 지속적으로 함께 작동하여 소리 음원을 가장 잘 분리하는 신호를 찾고 개선합니다.

 

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오티콘보청기의 새로운 청각기술 관점 - 브레인히어링2.0 (2) 에서 계속됩니다.

 

오티콘보청기의 새로운 청각기술 관점 - 브레인히어링2.0 (2)

 

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