[연구] 소음을 필터링하는 인지기능 보청기의 미래

미국의 한 콜롬비아 공과대학의 연구진은 청각장애인이 시끄러운 환경에서 대화를 따라갈 수 있도록 돕기위한 커다란 발전을 이루었습니다. 이러한 새로운 방법으로 인지 보청기가 현실에 한 발 더 가까히 다가가는 계기가 되었습니다.

 

청각장애가 있는 사람들은 잡음이 많은 식당이나 파티와 같은 사람이 많은 환경에서 대화를 하는데 어려움을 겪습니다. 현재의 보청기는 배경잡음을 억제할 수 있지만, 사용자가 다 수의 사람 중 어느 화자(話者)에 집중하고 있는지 알지 못하여 다수의 단일대화를 들을 수 없습니다. 피사체의 두뇌 활동을 지속적으로 모니터하여 피사체가 환경에서 특정 화자와 대화하는지 여부를 결정하는 인지 보청기의 꿈은 이루어 질 것입니다.

 

인지보청기의 개념 (Brain-Controlled HEARING AID)

[개념]

인지적으로 제어되는 보청기가 자동으로 하나의 스피커를 증폭시킬 수 있습니다. 그렇게 하기 위해 깊은 신경망(deef neural network)은 각  독립적인 스피커를 자동으로 분리하여 사용자의 뇌의 신경 데이터를 비교합니다. 신경 데이터에 가장 잘 맞는 스피커가 증폭되어 사용자를 돕습니다.

 

심층 신경 네트워크 모델을 사용하여 Columbia Engineering의 연구원은 청각 인식 디코딩(AAD)방법에 획기적인 성과를 거두었으며 인지 조절 보청기를 현실로 만들기 위해 더 가까히 다가가고 있습니다. Nima Mesgraani(전기공학 부교수)가 이끄는 연구는 신경공학저널 (Journal of Neural Engineering)에 발표되었습니다. 이 연구는 콜롬비아대학 의료센터의 뇌신경 외과 및 호프스트라 의과대학과 공동으로 진행되었습니다.

 

 

 [Demo]

이상의 데모에서 피사체는 남성과 여성 두명의 발언자(speaker)의 말을 동시에 듣고 있습니다.  이 실험은 처음에는 남성의 목소리에 집중을 하고 25초후에 여성의 목소리로 전환을 하고있습니다. 10초 이후에 작동이 되는 이 시스템은 대상 스피커를 신속하게 감지 및  증폭하여 피사체의 인지를 도와줍니다.

 

 

Mesgarani의 팀은 청취자의 신경신호와 함께 청취자가 발표자의 혼합된신호를 포함하는 단일 오디오 채널을 수신한 뒤, 혼합된 개별 스피커를 자동 분리하여 발표자의 신호를 청취한 다음 결정하게 되는 종단간(end-to end)시스템을 개발했습니다. 이는 참석자의 음성을 증폭하여 10초 이내에 청취자를 도울 수 있습니다.

 

"이 연구는 음성 공학과 청각 척중의 디코딩이라는 두 분야의 첨단기술을 결합합니다"라고 Mesgarani는 말합니다.  "우리는 깊은 신경망 모델을 사용하여 말을 분리하는 획기적인 기술을 개발한 후에 이 시스템을 개발할 수 있었습니다."

 

또한 그의 팀은 인간의 침습성 신경기록을 사용하여 청취자의 뇌의 신경 반응을 이용, 청취자가 참석대상을 해독하는 것이 가능하다는 것을 입증한 후, 인지 조절 보청기에 대한 아이디어를 제시했습니다(Nature 2012). 그로 부터 2년 후, 그들은 비 침습적인 방법으로도 주의를 해독할 수 있음을 보여주었습니다(Cerebral Cortex 2015).

 

 연구팀은 간질 수술을 받는 신경 과목의 침습적인 전자 피질 기록을 사용하여 시스템의 효능을 테스트했습니다. 그들은 AAD에 기여하는 청각 피질의 영역을 확인하고 시스템이 청취자의 관심을 해독하고 혼합된 오디오만을 사용하여 듣고자 하는 목소리를 증폭시키는 것을 발견했습니다.

 

"우리 시스템은 주관적 및 객관적인 음성 품질 측정 모두에서 상당한 개선을 보여주었습니다. 거의 모든 피실험자는 계속해서 사용하고 싶다고 말했습니다."라고 Mesgarani는 말합니다. "우리의 새로운 ADD 프레임 워크는 음성 처리 기술의 최신 발전과 언어 보철 연구의 격차를 해소하고 사용자의 주의를 자동적으로 동적으로 추적하고 참석자의 음성을 증폭시킬 수 있는 사실적인 보청기 개발에 더욱 가까워지게 합니다."

 

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* Columbia Engineering (콜롬비아 엔지니어링)

 Columbia Engineering 은 미국 최고의 공학학교 중 하나이며 미국의 가장 오래된 기술학교 중 하나입니다. 뉴욕시에 본부를 두고 있는 이 학교는 공학 및 응용과학 분야의 학사, 석사 또는 박사 과정을 이수하는 학부 및 대학원생 모두에게 프로그램을 제공합니다.

 

 

이편한보청기 일산청각센터 031-994-2544 히어링마스터

 

 

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