Kan hjerneaktivitet afsløre, hvor godt hørehjælpemidler fungerer?
Bittesmå signaler i vores tale kan afsløre vores humør, og hvem vi er. De nuancer går ofte tabt for mennesker med indopereret høreapparat, et såkaldt cochlear implantat. Det vil dansk forskning ændre på.

Et cochlear implantat, i daglig tale kaldet CI, kan hjælpe mennesker med kraftig hørenedsættelse. Det omdanner akustisk information til elektriske impulser, som sendes direkte til hørenerven ved hjælp af en indopereret elektroderække. (Foto: Shutterstock)

»To ask the value of speech is to ask the value of life.«

At stille spørgsmålstegn ved talens værdi er at stille spørgsmålstegn ved livets værdi. Måske er dette citat af Alexander Graham Bell (1847-1922), der opfandt telefonen og var foregangsmand inden for døveundervisningen, lidt af en overdrivelse.

Alligevel minder citatet os om forståelsen af den talte kommunikations værdi. Forståelsen baner vejen for bedre uddannelsesmæssige præstationer og at være en integreret del af en hørende verden.

At være i stand til at høre tale er en perceptuel evne, som mange af os er i fare for at miste på grund af nedsat hørelse som følge af vores livsstil og forskellige epidemiologiske faktorer. Vi går for eksempel på diskotek, og vi lytter til vores iPods.

Vi opfatter mere end blot ord

Den beskadigelse af vores hørelse kan have en effekt på vores evne til at høre andre menneskers tale. Når vi med normal hørelse hører tale, er vi i stand til at opfatte og forstå mere end blot ordene.

Med normal hørelse kan vi opfanger fine akustiske forskelle mellem ord. Vi kan også fortælle noget om personens følelsesmæssige sindstilstand, og hvis stemmen er bekendt, kan vi identificere den, der taler.

Når høretab bliver afhjulpet med et cochlear implantat, går disse subtile signaler og nuancer ofte tabt.

Fakta

Davis Jackson Morris har med denne artikel vundet 1.-præmien iThe Industrial PhD & Postoc Association Communication Prize 2016,
en kommunikationskonkurrence der hvert år udskrives af The Industrial PhD & PostDoc Association.

De artikler, som får 1.- 2.- og 3.-præmien i konkurrencen, bliver publiceret på Videnskab.dk. Læs de to andre præmierede artikler her:

Er der værdi i dine underbukser

Cirkulær økonomi: Når miljøarbejdet møder forretningen

Et cochlear implantat, i daglig tale kaldet CI, er et elektronisk apparat, der overtager funktionen af et defekt indre øre (cochlea, sneglen).  Det gør det ved at omdanne akustisk information til elektriske impulser, som sendes direkte til hørenerven ved hjælp af en indopereret elektroderække.

Cochlear implantater kan hjælpe personer med et kraftigt til meget kraftigt høretab, og der er flere end 1.000 CI-modtagere i Danmark.

Mit projekt i samarbejde med Oticon Medical fokuserer på at forbedre CI-modtagernes opfattelse af talens subtile signaler ved hjælp af elektriske signaler, der opfanges på hovedbunden.

Den elektriske respons, der er af interesse i dette projekt, er et kompleks kaldet N1-P2 respons (Se figur 1 lidt længerede nede på siden).

Et indopereret CI

Den udvendige del af et CI, som placeres bag øret, består af taleprocessor, mikrofon og transmitter. Mikrofonen opfanger lyde og sender dem videre til taleprocessoren.

Taleprocessoren er en lille computer, som bearbejder lyden og sender den via en lille biologisk transmitter (sender) til elektroderækken. Elektroderne, som er opereret ind i cochlea (det indre øre), stimulerer hørenerven direkte.

Tale er en kombination af lyde, som indeholder forskellige frekvenser. Lydprocessoren analyserer frekvensindholdet af talen og sender det via elektroderne i CI videre til hørenerven som elektriske impulser.

Som reaktion på lyde affyrer elektroderne impulser sekventielt med hastigheder på op til 12.000 gange pr. sekund.

Figur 1: 11 unge normalthørende lytteres N1-P2-respons på en repeteret stavelse. N1-P2-komplekset er hjernens gennemsnitlige neural-elektriske respons på en repeteret præsentation af en forandring af en bestemt lyd. Den består af negative udsving mellem 100 og 200 millisekunder (ms) og positive udsving mellem 200 og 300 millisekunder. (Figur: David Jackson Morris)

Man bruger to forskellige elektroder til at registrere CI-modtagerens N1-P2-respons. Den som er indopereret i cochlea, og den som monteres på hovedbunden for at indspille N1-P2 responsen.

NI-P2 responsen

En N1-P2-respons bliver udløst ved hændelses-relateret stimulation. Det betyder, at N1-P2 opstår, når en akustisk hændelse, såsom tale, gentagne gange bliver præsenteret for en lytter, og de elektriske målinger fra denne gentagne hændelse kan beregnes.

Hvis en lytter, der er udstyret med EEG-elektroder på hovedbunden, bliver præsenteret for en lyd gentagne gange, kan vi udlede et gennemsnit fra responserne, som så indikerer, om forsøgspersonen har hørt lyden eller ikke.

Man kan sammenligne den neurale respons med tog, der ankommer på en station (se figur 2 lidt længere nede på siden). Hvis vi bruger denne jernbaneanalogi, forlader togene den regionale station, som er de perifere nerver i øret.

Derefter bevæger de sig hen til den auditive nerve, som er analog med et togspor, og som har en række relæstationer.

Endelig ankommer de til hovedbanegården, som er cortex, og hvorfra N1-P2 responsen bliver genereret.

Figur 2: Illustration af den auditive nerve som en jernbanestrækning. Togene forlader den regionale station ved øret (venstre illustration) og ankommer til cortex, som er hovedbanegården (højre illustration). (Figur: David Jackson Morris)

Vores indledende overvejelser var, at vi gennem kendskab til den elektriske struktur af det signal, som vi præsenterer øret for via CI, og det specifikke N1-P2 respons, kunne optimere toget.

Vi kunne for eksempel ændre antallet og højden på vognene.

Opmærksomhed

Men som alle andre ting i livet er vores auditive opfattelse ikke helt så enkel som en ét-sporstogforbindelse. Den opmærksomhed, som et individ fokuserer på den auditive stimulus, har vist sig at påvirke responsomfanget.

Som et led i projektets kontroleksperimenter undersøgte vi opmærksomhedspåvirkninger ved at måle N1-P2 ved ændring af vokaler, mens forsøgsdeltagerens opmærksomhed blev afledt af en visuel-kognitiv opgave.

Ved at måle N1-P2 ved de samme auditive stimuli under disse to eksperimentelle betingelser har vi opnået en bedre forståelse af, hvordan menneskets auditivsystem processerer stimuli, når vi foretager små ændringer.

Selvom vi fandt et komplekst forhold mellem opmærksomhed og nuancerede ændringer i tale, har vi også fundet, at N1-P2 responsen er robust, selv når ændringer i de auditive stimuli ligger tæt på den perceptuelle tærskel.

Vi fandt for eksempel, at små ændringer i vokalernes spektrale egenskaber, som den midterste vokal i ‘mile’ og ‘mele’, kan give anledning til en forskel i N1-P2.

Denne konstatering ligger til grund for vores fremtidige eksperimentelle arbejde, hvor vi vil fokusere på nuancer i tale, som ændring i respons på forskellige stemmer og ændring til trykket placeret på forskellige stavelser som differentierer forskellige ord som f. eks. ‘billigst’ og ‘bilist’.

X-factor

På et mere overordnet niveau forstår vi ikke fuldt ud indikatorerne for succes i taleperception via CI. Man kan sige, at taleperception via en CI involverer en X-faktor. Jeg bruger X-faktor i både den danske og den engelske betydning af udtrykket.

Figur 2: Illustration af den auditive nerve som en jernbanestrækning. Togene forlader den regionale station ved øret (venstre illustration) og ankommer til cortex, som er hovedbanegården (højre illustration). (Figur: David Jackson Morris)

I Danmark er X Factor et talentshow. Det lader til, at talent er nødvendig for at opfatte tale, muligvis i form af et kognitivt talent, som gør, at CI-modtageren er god til at omsætte de pulserende signaler, som det auditive nervesystem bliver præsenteret for, til tale.

Den engelske betydning af x-factor er, at vi ikke ved, hvilke faktorer der bedst kan forudsige succes med et CI. Selvom der er visse teorier, der handler om den ideelle CI-modtagers demografiske oplysninger, er der mange undersøgelser, der viser en høj grad af variabilitet i forsøgspersonernes taleperceptuelle evner. Forsøgspersoner som ellers er forholdsvis ens.

Målingen af det N1-P2-kortiske svar illustrerer denne problemstilling bedre, fordi den leverer en objektiv måling, som relaterer sig til den perceptuelle evne.

David Jackson Morris har en uddannelse i audiologi fra Australien.  Han har arbejdet inden for audiologisk forskning i offentlig og private virksomheder i London og Danmark. David fik sin ph.d.-grad fra Københavns Universitet i 2014.  Han er nu ansat som erhvervspostdoc på KU og underviser inden for audiologopædi.

Projektets formål var at bidrage til designet af en ny lydkodningsstrategi baseret på eksperimentelle lyttetest og elektrofysiologiske undersøgelser. 

Artiklen er oversat fra engelsk af Stephanie Lammers-Clark

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud