Слуховые аппараты способны улучшать избирательное внимание
Когда мы слушаем окружающие звуки, используемое нами слуховое усилие снижается. Это позволяет без проблем понимать слова нескольких собеседников, когда они говорят одновременно даже в шумной акустической ситуации. Слабослышащие люди такой возможности лишены, поскольку при нарушении слуха в первую очередь снижается избирательное внимание. С помощью измерений ЭЭГ специалисты датского Исследовательского центра Эрисхольм выяснили, способны ли слуховые аппараты с технологией OpenSound Navigator помочь в данной ситуации. Более подробно об этом исследовании – в предлагаемой вашему вниманию статье директора по аудиологии компании Oticon Хорста Варнке.

Избирательное внимание

Благодаря такой способности, как избирательное внимание, люди с нормальным слухом могут извлекать и отслеживать желаемые сигналы из смеси разных звуков и голосов, поступающих со всех направлений, одновременно подавляя нежелательные. Это умение позволяет сосредоточиться на одном собеседнике, например во время групповой беседы, и понимать его даже при отрицательном отношении сигнал/шум. Способность выделять нужные звуки приобретает особую важность в ситуациях, когда спикеры меняются, и к ним нужно внезапно прислушиваться.

Все прежние теории опирались на что, что избирательное внимание представляет собой своего рода концентрацию на желаемых звуках, как будто луч прожектора высвечивает их на фоне остальных и это утверждение позволяет провести аналогию с направленным микрофоном. Однако, согласно результатам недавних исследований, избирательное внимание работает скорее как фильтр: оно оценивает всю информацию, чтобы затем отдать приоритет желаемому звуку. При этом мозгу требуется как можно больше информации со всех направлений, чтобы максимально эффективно использовать эту способность.

Если слух нарушен, первое, что теряет человек – это избирательное внимание. В тишине слабослышащие люди все еще могут понимать довольно хорошо, но как только появляется шум, разборчивость речи, особенно когда собеседники сменяют друг друга, сильно снижается, а в наихудшем случае падает до нуля. Не так давно ученым удалось доказать, что шанс сохранить эту способность есть, если протезировать потерю слуха в течение трех лет с момента постановки диагноза. Важное условие – пользоваться аппаратами нужно не менее шести часов в день.

Направленный микрофон и OpenSound Navigator

Все прежние идеи о том, как улучшить отношение сигнал/шум при помощи слуховых аппаратов, например за счет направленных микрофонов, тоже работали, но подтвердить их можно было лишь с помощью определенных технических измерений. Кроме того, ориентация микрофона на доминирующего собеседника не позволяла отслеживать голоса других людей в случае беседы с большим количеством участников. Что касается автоматической системы направленных микрофонов, которая в зависимости от окружающей ситуации должна настраиваться на смену важного голоса, то время ее срабатывания  величиной десять секунд вполне подходит для того, чтобы предотвратить «эффект накачки» автоматической системы. Но вместе с тем этого времени недостаточно для своевременного реагирования на смену спикера.
 
Чтобы разрешить противоречие, датский производитель Oticon разработал для своих слуховых аппаратов (сегодня уже во втором поколении) OpenSound Navigator. Эта функция может одновременно распознавать и выделять голоса разных собеседников, доносящиеся со всех направлений. Такое множественное распознавание источников речи дополняется определением до 16 (на каждое ухо) локализируемых в пространстве неречевых источников шума. При бинауральном протезировании теоретически можно подавлять и до 32 источников шума. Основная цель, которую преследовали  разработчики, заключалась в стремлении в первую очередь сохранить слышимость, чтобы пользователи могли своевременно реагировать на предостерегающие звуки, например шум приближающегося автомобиля. Снижение рассеянного шума, не локализованного в пространстве, представляет собой еще один компонент OpenSound Navigator.

Поскольку идея OpenSound Navigator опирается на то, чтобы пользователь слухового аппарата воспринимал как можно больше звуков вокруг себя, некоторые аудиологи выразили беспокойство, что если человек с нарушенным слухом будет слышать слишком много звуков, это приведет к быстрой слуховой усталости. Для того чтобы разобраться в проблеме, было проведен ряд научных исследований.
 
В каждом из них приняли участие примерно 30 испытуемых, которые имели потерю слуха от слабой до средней степени. На Рисунке 1 показана типичная аудиограмма для этих степеней нарушения слуха. Участники были протезированы слуховыми аппаратами с функцией OpenSound Navigator, настроенными в соответствии с фирменными алгоритмами, и снабжены индивидуально изготовленными или стандартными ушными вкладышами с учетом предписаний программы настройки относительно вентильных отверстий.

Рисунок 1

Рис.1. Средняя аудиограмма 22-х участников

Во время эксперимента испытуемые сидели в центре круга из громкоговорителей. Голос одного или нескольких целевых собеседников  перекрывался помехами из четырех или шести громкоговорителей; обычно при этом измерялось 50-процентное понимание речи при отрицательном (в большинстве случаев) отношении сигнал/шум. Параллельно при помощи теста идентификации и запоминания последнего слова в предложении оценивалась способность к запоминанию.
 
В каждом эксперименте проверялась эффективность работы активированного OpenSound Navigator, а также проводилось сравнение с высокотехнологичными слуховыми аппаратами, имеющими узконаправленные микрофоны, и с показателями слуха нормально слышащих участников исследований.

Полученные результаты доказали, что именно в сложных акустических условиях OpenSound Navigator создает выраженное улучшение. Так, например, разборчивость речи удалось повысить в 3,75 раза, способность к запоминанию – на 35 %, а слуховое усилие в самом лучшем случае снизилось на 50 %.

В ходе одного из этих исследований ученые подтвердили: слабослышащие люди, протезированные слуховыми аппаратами с OpenSound Navigator, в шумных ситуациях могут слышать так же хорошо, как и их нормально слышащие сверстники (возрастная группа старше 60 лет).

Высоко оценили функцию OpenSound Navigator и многие частнопрактикующие сурдоакустики. Они рассказали, что их клиенты при помощи слуховых аппаратов с OpenSound Navigator смогли вернуться к нормальной жизни, перестали избегать ситуаций, в которых ранее было крайне некомфортно находиться из-за сложных акустических условий. Теперь они могут посещать театр и кино, семейные праздники и шумные рестораны, их социальная жизнь стала гораздо более разнообразной и интересной. Благодаря снижению слуховой нагрузки они смогли значительно увеличить время ежедневного ношения слуховых аппаратов.

Эволюция слуха

Каким образом ученым удалось получить такие хорошие результаты? Ответ на этот вопрос можно найти в эволюции слуха человека.
 
Человечество смогло дожить до настоящего времени лишь благодаря тому, что оно решило три сложные долгосрочные задачи: обеспечение достаточным количеством пищи, организацию защиты от ветра и непогоды, а также умение успешно уклоняться от нежелательных встреч с хищниками и избегать других опасностей. Если раньше мы должны были расслышать, как к нам подкрадывается саблезубый тигр, то сегодня мы должны понять, что сзади подъезжает автобус. Люди выжили потому, что постоянно прослушивали обстановку вокруг себя. Поскольку наши глаза смотрят вперед, постоянно анализируя местность в поисках возможных путей бегства, наши уши должны быть особенно бдительными по направлению с боков и сзади. То есть если слуховые аппараты поддерживают только слух вперед при помощи направленных микрофонов, мы все равно выживем, но наш натренированный в процессе эволюции слух по-прежнему будет пытаться слушать во всех направлениях, а слуховой аппарат будет препятствовать ему в этом. Если же мы все равно интуитивно попытаемся слушать во всех направлениях, слуховое усилие резко возрастет. И наоборот, слуховое усилие снизится, если у нас сбудет возможность слышать. Благодаря высвободившимся когнитивным ресурсам мы сможем лучше понимать в шуме и лучше запоминать услышанное. По крайней мере, так звучит теория. Но можно ли ее доказать? Могут ли слуховые аппараты с функцией OpenSound Navigator действительно помочь мозгу, чтобы он лучше вычленял отдельные сигналы с разных направлений?

Новый взгляд на измерения ЭЭГ

Чтобы убедительно ответить на этот вопрос, специалисты группы когнитивных слуховых исследований датского Исследовательского центра Эриксхольм решили по-новому посмотреть на использование электроэнцефалограммы (ЭЭГ) при проведении аудиологических исследований. Такой способ измерения токов мозга в аудиологии не является чем-то неординарным, поскольку даже слуховой скрининг новорожденных в большинстве клиник проводится при помощи BERA (Brainstem Electric Response Audiometry, аудиометрия электрических ответов ствола мозга). Однако полученные при помощи этого результаты, как правило, неточные и не могут, например, заменить классическую тональную аудиометрию.

Рисунок 2

Рис.2. Принципиальная схема проведения измерения ЭЭГ при наличии конкурирующих собеседников
 
Особенность примененного датскими инженерами метода заключается в том, что система одновременно может распознавать и отображать предъявление трех разных акустических сигналов в мозге. (BERA помогает лишь получить ответ на вопрос: слышит ребенок или нет). Благодаря этому можно действительно проверить, способен ли человек выделить один или несколько сигналов из нескольких и, таким образом, измерить его избирательное внимание. На вопрос о том, как и в каких отделах мозг активно осуществляет избирательный слух, впервые удалось ответить при помощи высокоразрешающих 64-канальных измерений ЭЭГ. Последовательные шаги этого метода представлены на Рисунке 2.

  1. Предъявление двух конкурирующих целевых голосов и 4х4 источников шума. При помощи 64 электродов система записывает сигналы ЭЭГ.

  2. Слабые сигналы ЭЭГ усиливаются, чтобы их можно было выделить на фоне электрических сигналов, вызванных мышечной активностью.

  3. Необработанные данные ЭЭГ пропускают через фильтр, который освобождает их от нежелательных артефактов, вызванных внутренними (сердцебиение, моргание, движения) или внешними (например, световые отражения) событиями.

  4. Проверка сигналов на реальную применимость.

  5. В ходе этого этапа проверяется, насколько хорошо коррелируют друг с другом огибающие кривые сигнала ЭЭГ и сигнала конкретного голоса. Для этого предпринимают следующие шаги:

    а) Из оригинального акустического сигнала (i) вычитается огибающая (ii).

    б) После этого сигнал ЭЭГ преобразуется в формат, который можно сравнить с речевой огибающей. Это проводится с помощью декодера, который реконструирует из сигнала ЭЭГ сравнимый акустический сигнал. Этот процесс называется «реконструкция стимула».

    в) Теперь огибающая реконструированного сигнала сравнивается с огибающей оригинального речевого сигнала и рассчитывается корреляция (iii). Более высокая корреляция может рассматриваться как лучшая способность мозга к распознаванию сигнала (см. «интенсивность сигнала ЭЭГ» на Рисунке 5).

  6. В заключение сравниваются значения для разных сигналов.

Исследование

В ходе исследования, в котором участвовали опытные владельцы слуховых аппаратов, при помощи ЭЭГ определялась польза включенного или выключенного OpenSound Navigator. Для этого использовались речевые сигналы двух конкурирующих целевых голосов, которые, в свою очередь, маскировались 16-ю мешающими голосами. Задача участников заключалась в том, чтобы сосредоточиться на одном из целевых голосов. Измерения ЭЭГ позволяли четко увидеть, был ли OpenSound Navigator включен или выключен. За счет интенсивности сигнала ЭЭГ исследователям впервые удалось доказать, что при использовании слуховых аппаратов с OpenSound Navigator можно гораздо отчетливее распознать целевой голос. Это относится и обоим важным голосам, а также к способности отфильтровывать мешающих собеседников.

Схема проведения исследования

В исследовании приняли участие 22 испытуемых (средний возраст 67 лет) со слабой и средней потерей слуха; их аудиограммы представлены на Рисунке 1. Во время тестов использовались слуховые аппараты Opn1miniRITE, настроенные при помощи алгоритма Voice Aligned Compression (VAC+). Вентильные отверстия индивидуально изготовленных и стандартных ушных вкладышей соответствовали требованиям программы настройки (Genie2). Проверяемая функция OpenSound Navigator сначала была выключена, а затем включена.

Испытуемые сидели в круге, образованном из шести громкоговорителей (Рисунок 3). Два громкоговорителя использовались для подачи целевого голоса (мужского и женского), четыре – для предъявления голосов в качестве шума, по четыре голоса из каждого громкоговорителя. Целевые голоса предъявлялись с уровнем 62 дБ УЗД, 16 шумовых речевых сигнала – с уровнем 59 дБ УЗД. Последовательность используемых колонок (справа/слева) и пола диктора (мужской/женский) выбиралась в случайном порядке.

Рисунок 3

Рис.3. Расположение шести колонок вокруг испытуемого

Испытуемых попросили прослушать отрывок из датских новостей, сконцентрировавшись при этом на одном целевом сигнале и игнорируя все другие звуки. После пяти секунд подготовки к проведению теста, во время которых звучал шумовой сигнал, предъявлялся целевой сигнал. В конце новостного сообщения на экране появлялись два альтернативных варианта ответа. В данном случае проверялось, правильно ли испытуемый понял текст (Рисунок 4). Примерно по 20 прослушиваний было проведено с выключенным и с включенным OpenSound Navigator. Сигналы ЭЭГ записывались и обрабатывались так, как было описано выше.

Рисунок 4

Рис.4. Схема предъявления сигналов из колонок, как шумового, так и целевого речевого сигнала. В заключение проверяется, правильно ли было понято содержание новости

Результаты исследования

При выключенном OpenSound Navigator первый целевой голос четко распознавался мозгом, при этом интенсивность сигнала ЭЭГ для второго целевого голоса не отличалась от 16-ти шумовых сигналов (Рисунок 5).

Рисунок 5

Рис.5. Представление разных речевых сигналов при выключенном OpenSound Navigator. Первый целевой сигнал распознается хорошо, второй целевой сигнал теряется в шуме

При включенном OpenSound Navigator картина принципиально изменилась (Рисунок 6). Первый целевой сигнал распознавался еще более отчетливо (плюс десять процентов), второй целевой сигнал распознавался на 95 % лучше, негативное влияние шумовых сигналов при этом удалось снизить на 50 %.

Рисунок 6

Рис.6. Представление разных речевых сигналов при включенном OpenSound Navigator. Первый целевой сигнал распознается лучше на 10 %, второй – на 95 %. Одновременно с этим шумовые речевые сигналы удалось когнитивно снизить на 50 %. Таким образом, шум стало легче игнорировать, а концентрация на меняющихся голосах значительно улучшилась

Обсуждение результатов

Новый метод применения ЭЭГ позволяет измерить предъявление трех одновременно слышимых сигналов и отобразить их удельный вес по отношению друг к другу. Можно отчетливо увидеть, когда сигнал хорошо слышится, а когда он теряется в шуме. Результаты исследования убедительно показывают, что OpenSound Navigator во включенном состоянии дает большое преимущество. Это выражается в том, что главный речевой сигнал становится слышен еще лучше. Но особенно положительное влияние данной функции отражается на способности более качественно воспринимать второй целевой голос. Это преимущество дополняется тем, что игнорировать шум становится гораздо проще.
 
При помощи объективного метода измерений ЭЭГ удалось доказать, что OpenSound Navigator положительно влияет на способность к избирательному вниманию. Это помогает объяснить следующее явление: при включенном OpenSound Navigator в сложных акустических ситуациях заметно возрастают разборчивость речи и способность к запоминанию, слуховое усилие же при этом снижается. Для ситуаций реальной жизни, в которых вокруг пользователя слуховых аппаратов может находиться много собеседников и источников шума, применение функции OpenSound Navigator действительно помогает сделать окружающий мир более понятным и комфортным. Следить за отдельными важными голосами в шуме становится значительно легче, при этом нет никаких ограничений при переключении внимания. И это именно те факторы, которые являются основой для избирательного внимания.


Статьи для специалистов

Преимущества системы Ponto, выходящие за рамки улучшения слуха: влияние на обучение, запоминание и слуховое усилие. Часть 2
«Мерсибо Звук» – открытая дверь в мир звуков!
Программно-дидактический комплекс «Мерсибо ЗВУК» совершил настоящую революцию в слухоречевой реабилитации детей и подростков с нарушениями слуха. Впервые в нем объединились профессиональные знания специалистов Центра развития слуха и речи «Тоша&Со» (г. Фрязино, Московская область) и технические наработки экспертов российской компании «Мерсибо». Это дало возможность создать универсальный интерактивный инструмент для проведения занятий по развитию слухового восприятия, формированию произносительной стороны речи и словарного запаса в целом. В простой и доступной форме игры дети знакомятся с тем, какими бывают звуки, учатся различать их и правильно произносить. Все игры и упражнения озвучены профессиональными артистами и имеют оригинальное музыкальное сопровождение, они скорее напоминают увлекательные мультфильмы, чем скучные книжные пособия. Установить «Мерсибо ЗВУК» на стационарный компьютер, ноутбук или планшет так же просто, как и любое другое приложение.