[보청기] 소음 발생 시 청취 노력의 신경 신호를 감소시키는 분할 처리기술

이 연구는 듣기 노력을 평가하기 위해 뇌 두정엽에 대한 전자파(EEG)와 동기식 '알파' 활동을 분석합니다. 연구원들은 Signia의 증강포커스 보청기가 제공하는 명료성 이점이 난청인들이 듣기 어려운 소음 청취환경에서 전형적인 SNR범위에서 청취노력을 감소시킨다는 것을 발견했습니다.

이제 청각과학은 어려운 청취 조건에서 의사소통의 성공을 결정하는 요소로서 '노력(effort)'의 관련성을 인정하게 되었습니다. 우리들 대부분은 우리의 일상생활이 말을 이해하는 데 고도의 노력이 필요한 환경(예 : 교실, 붐비는 식당, 대중교통)이나 상황(예 : 설거지, 자동차 운전)이 있음을 인정하고 있습니다.

이러한 정신적 노력의 정확한 본질은 여전히 논의 중이지만, Pichora-Fuller외 연구진들의 연구에서 도달한 결론은 '듣기 노력'을 '듣기 지향적인 목표를 달성하기 위한 장애물이나 도전을 극복하기 위한 인지자원의 할당'으로 정의합니다. 그러나 대부분의 보청기 착용자들에게 시끄러운 환경에서 소리를 따라가는 것이 어떤 기분인지 물어본다면, 더 간단하게 설명할 수 있습니다. "힘들어!"....

난청이 있는 사람들의 경우, 노력을 최소화하면 그들이 대화를 피하거나, 사회적으로 단절되거나, 보청기 착용을 꺼리는 것을 막을 수 있습니다. 그 보다 더 중요한 것은, 사회적으로 참여하는 데 필요한 노력을 제한하면 듣는 사람이 불필요한 스트레스와 피로를 피하는 데 도움이 될 수 있다는 것입니다. 이 두가지 모두 시간이 지남에 따라 건강에 부정적인 결과를 초래할 수 있습니다. 듣기가 너무 힘들게 느껴지지 않도록 하는 것은 듣는 사람의 성공적인 의사소통에 매우 중요합니다.

보청기 제조업체가 이러한 듣기 부담(청취노력)을 덜기 위해 노력하는 한 가지 방법은 음성에 대한 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하는 기능을 개발하는 것입니다. 그런 다음 지향성 마이크 및 NR(잡음 감소) 알고리즘과 같은 이러한 기능의 효율성은 특정 수준의 명료도를 달성하는 데 필요한 최소 SNR을 정량화하는 잡음 내 음성인식 테스트를 사용하여 검증됩니다. 이 접근 방식은 유용하기는 하지만 작업이 너무 어렵지 않고 최적의 작업 수행이 가치있는 목표로 간주되는 한 청취자가 작업을 수행하는 데 필요한 만큼의 노력을 기울일것 이라고 가정합니다. 따라서 새로운 보청기의 기능이 착용자의 음성 수신 임계값을 개선하면, 이 기능은 착용자의 청취 노력도 감소한다고 가정하고 있습니다.

 

[이미지] DNN(deep neural network 심층신경망) 기술을 적용한 오티콘 모어(more)보청기

청취 노력의 생리학적 측정은 전기적 피부 전도율, 심박수 및 심박수 변동성, 혈압, 동공 확장 등이 포함됩니다.이러한 조치들은 모두 자율신경계와 그것이 휴식과 작용 상태에 기초하여 서로 다른 장기의 기능을 어떻게 조정하는지(노력)와 관련이 있습니다. 이와 같이, 이들 대부분은 언어 처리를 담당하는 실제 신경 작용에 지엽적이거나 부차적인 것입니다.

그런 다음 인지 자원의 적용과 관련된 노력을 측정하는 것은 뇌 자체의 활동을 기록함으로써 가장 잘 수행될 수 있다고 주장할 수 있습니다. 다행히도 많은 뉴런의 활동을 반영하는 진행 중인 뇌파(전압 진동)는 뇌파도(EEG)로 아주 쉽게 포착할 수 있습니다. 이러한 뇌파는 일반적으로 진동 속도에 따라 "밴드"로 그룹화되며, 밴드에서 더 큰 에너지는 해당 속도 범위에서 신경 활동의 동기화가 더 크다는 것을 나타냅니다.

알파 대역(8-12 Hz)의 뇌파, 특히 머리의 후부 영역(두정엽/측두엽/후두엽)에서 측정된 뇌파는 최근에 듣기 노력의 가능한 신경 신호로 관심을 받고 있습니다. 특히, 정수리 영역에 대한 증가된 알파 파워(동기화) 은 다양한 SNR 에서 잡음 속에서 음성을 들을 때 음성 작업의 어려움 및 동공 확장 과 상관 관계가 있습니다. 이러한 발견으로 연구자들은 알파 대역의 동기화가 시각적 자극이나 경쟁 소음과 같은 작업과 관련 없는 자극을 억제하는 억제 메커니즘의 작용을 반영한다고 제안했습니다. 이러한 방식으로 알파 파워를 측정하면 소음 발생 작업 중 청취 노력의 객관적 실시간 추정치를 제공할 수 있으며(그림 1) 청력 저감을 위한 다양한 보청기 기술의 상대적 효과성을 검토할 수 있습니다.

 

그림1 설명 : 소음 속에서 말을 이해하려고 하는 것과 같은 어려운 청취 조건 동안(왼쪽), 뇌는 두정엽(적색 엽, 중간)에 걸쳐 동기 "알파" 활동이 일시적으로 증가할 수 있습니다. 이 알파 활동은 비청각(즉, 시각) 또는 경쟁적인 감각 정보의 처리를 부분적으로 억제하는 것으로 생각됩니다. 8–12Hz 사이의 뇌파(EEG) 전력을 측정하여 알파 활동의 변화를 정량화할 수 있습니다. 정수리 전극(오른쪽)에 대한 더 큰 알파 전력은 더 큰 청취 노력으로 해석됩니다.

최근 Signia Augmented Xperience(AX) 플랫폼은 Augmented Focus (AF) 라는 새롭고 혁신적인 신호 처리 패러다임을 도입했습니다. 이 AF 기술은 들어오는 소리를 두 개의 개별 신호 스트림으로 분할하는 Signia의 빔포머에 의해 활성화됩니다. 따라서 AF는 보청기가 서로 다른 이득, 시간 상수 및 NR 설정을 사용하여 전면 및 후면에서 나오는 소리를 별도로 처리할 수 있도록 합니다. 이 분할 처리는 전면과 후면에서 도달하는 사운드 간의 대비를 증가시키고 기존(비 AF) 적응형 지향성 마이크 에 비해 소음에서 음성을 더 쉽게 이해할 수 있도록 합니다(그림2).

 

[그림2] 시그니아 Augmented Focus(AF) 기술 개요

이전에 우리는 AF 기술이 청취자가 연설을 듣는동안 기꺼이 수용할 수 있는 배경 소음 수준을 증가시키고 청취자의 두뇌가 칵테일 파티 시나리오에서 단일 화자에 대한 예측을 만들고 평가하는 데 도움이 된다는 것을 보여주었습니다.

* AF 기술이 배경 소음에서 말을 이해하는 데 필요한 노력을 줄이는지 평가와 관련된 연구 (상세보기)

이상의 연구 결과는 AF(Augmented Focus) 기술이 있는 Signia AX가 청취자가 어려운 청취 상황에서 연설을 이해하는 데 어떻게 도움이 되는지에 대한 지식을 넓혀주고 있습니다. Jensen 외 연구진과 마찬가지로, 음성 인식의 비교 측정에서 AF가 기존의 방향 시스템(AF 인증 이외의)을 능가하는 것을 관찰했습니다. 예상대로 AF와 비 AF 확인 모두 전방위 시스템(비 AF-omn)을 능가하는 것으로 더 관찰돠었습니다. 이러한 보청기 조건 간의 알파 파워의 차이는 우리의 행동 결과를 확장하여 증강 포커스의 지능적 이점이 어려운 청취 환경의 전형적인 다양한 SNR에 걸쳐 덜 힘겨운 청력을 유도한다는 것을 시사합니다.

알파 파워 결과는 또한 증강 포커스 청각 뇌에 그룹화 및 주변 소음(인지적으로 요구되는, 불편한)과는 별개로 프로세스를 유발한 필요없이 단일 말 동작자의 음향 특성을 유지 관리하는데 필요한 신호를 제공한다는 이전의 추측을 뒷받침하고 있습니다. 시그니아 AX 프로세싱 우위의 상향식 특성은 기존의 방향성을 가진 장치와 비교하여 AX지원 장치로 시험했을 때 AF 착용자가 음성 이해를 유지하면서 더 높은 수준의 배경소음을 기꺼히 수용하는 이유를 설명할 수 있습니다.

이와 함께, 이러한 연구들은 증강 포커스가 장착된 시그니아 AX의 이점이 실험실 음성 인식 테스트의 성능 향상을 넘어, 도전적인 조건에서의 음성 청취에 대한 착용자의 느낌을 실제로 향상시킨다는 것을 시사하고 있습니다.

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