Jak bude můj kochleární implantát znít?
Od první kochleární implantace v roce 1977 se technologie CI vyvíjela a spolu s ní i porozumění řeči a kvalita zvuku s CI. Současné studie simulují zvuk kochleárních implantátů.
"Odborníci z praxe vědí, že většina zájemců o CI má dvě hlavní otázky: „Jak dobře budu slyšet?“ a „Jak to bude znít?“. [1] Odpověď na otázku dosažitelné srozumitelnosti řeči není snadná. Existuje příliš mnoho ovlivňujících faktorů, které hrají roli. Můžeme však srozumitelnost řeči alespoň změřit a následně ji vyjádřit v číselných hodnotách. Můžeme ji pouze popsat více či méně květnatými slovy nebo ji porovnat se známými zvukovými obrazy. Renomovaný vývojový psycholog Michael F. Dorman, emeritní profesor lingvistiky, sluchových a řečových věd, se těmito náročnými otázkami z vědeckého hlediska zabývá již několik desetiletí. Nejprve zkoumal v různých výzkumných skupinách vliv různých technických faktorů na porozumění řeči s kochleárním implantátem. Vysvětluje možnosti, které nyní využívá při zkoumání zvuku kochleárních implantátů: „Jednostranně neslyšící pacienti s CI otevřeli výzkumníkům okno pro odpověď na otázku, kterou si klade téměř každý kandidát na CI: „Jak bude můj CI znít?“[2] Výsledky jeho aktuálních studií [3] [4]jsou pozvbudivé: u uživatelů CI s krátkými elektrodami zní CI více vysoko než přirozený sluch. Pro některé uživatele CI s dlouhými elektrodami však CI zní téměř nebo dokonce zcela stejně jako přirozený sluch, zatímco jiní vnímají zvuk CI jako více či méně tlumený, někdy také méně zřetelný než přirozený sluch v druhém uchu.
„Hledá se Mickey Mouse“ - popis nebo porovnání zvukových obrazů
Jednou z průkopnic těchto srovnávacích studií byla Sandra Prentissová se svými vědeckými kolegy v USA. Pracovali s uživatelem CI, u něhož CI elektroda pokrývá téměř celé dva závity hlemýždě, přičemž jeho zbytkový sluch byl po implantaci zachován téměř beze změny ve všech výškách. Před deseti lety požádal vědecký tým v rámci případové studie tohoto uživatele, aby porovnal vnímání výšek tónů s CI s vnímáním přirozeného zbytkového sluchu v témže uchu. Výsledky potvrdily přiřazení jednotlivých výšek ke konkrétním místům v hlemýždi, a tedy význam dlouhých elektrod. U nízkofrekvenčních zvuků se také ukázal vliv časového rozlišení na vnímání výšky tónu, čímž se potvrdila účinnost tzv. kódování jemné struktury. kódování jemné struktury. Tato případová studie však neposkytuje žádné informace o zvukovém obrazu.
Weller a jeho kolegové ukazují: Uživatelé CI, kteří mají elektrody zavedeny pod úhlem více než 630 stupňů, vykazují nejlepší porozumění řeči, zatímco ti, kteří mají elektrody zavedeny pod úhlem méně než 360 stupňů, vykazují výrazně horší porozumění řeči. ©adaptiert von Weller et al. 2023
Touto otázkou se pak zabýval americký vědec Michael F. Dorman spolu s dalšími kolegy vědci v několika studiích s jednostranně implantovanými uživateli CI s normálním, přirozeným sluchem na druhé straně. Implantace CI u pacientů s jednostrannou hluchotou byly poprvé provedeny v roce 2003 v rámci jedné evropské studie a dnes jsou rutinní v mnoha zemích, včetně Rakouska [6]. Zpočátku někteří odborníci pochybovali o tom, zda je uměle generovaný zvukový vjem CI kompatibilní s přirozeným zvukovým vjemem na druhé straně. Dorman a jeho kolegové však požádali takové uživatele bimodálních CI, aby přesně porovnali zvukový vjem CI s přirozeným sluchem na druhé straně. Jako akustický signál použili několik krátkých vět. Ty pak technicky zpracovávali pro přirozeně slyšící ucho, dokud účastníci studie nepopsali zvuk stejně jako nezpracovaný zvuk CI. V úvodu jedné z výsledných publikací vědci píší, že od takto vyvinutých simulací očekávali zvuky Mickey Mouse nebo robotů. Právě tyto představy dodnes někteří lidé používají k popisu zvuku kochleárního implantátu, když se jich na něj zájemci nebo zájemkyně ptají. Zvuk moderních CI je však zřejmě mnohem přirozenější, než se dříve předpokládalo! Podle Dormana byl řečový signál simulačních zvuků převážně mírně tlumený [7] [8]. Někteří účastníci studie dokonce hodnotili zvuk CI jako zcela totožný s přirozeným zvukem v druhém uchu - to byl konkrétně případ některých uživatelů implantátů MED-EL s dlouhými elektrodami.
Simulace ukazuje: Moderní CI zní přirozeně!
Vědci vyvinuli různé simulace, které umožňují pochopit účinky technických parametrů. Vždy se však jednalo pouze o srovnání: dlouhé a krátké elektrody, více či méně frekvenčních pásem, s informací o jemné struktuře nebo bez ní. To jsou důležité informace nejen pro vývojové týmy: Kandidáti na CI mohou tyto simulace využít k rozhodnutí, kterým vlastnostem CI chtějí věnovat zvláštní pozornost. Tyto simulace však nemohou poskytnout představu o skutečném zvuku kochleárního implantátu! Nové simulace odborníka na CI Michaela F. Dormana a jeho kolegů mají za cíl právě toto. Ve svých vysvětleních také poukazují na to,
Zatímco elektrody MED-EL FLEX24 se používají v systémech EAS pro osoby, které ještě slyší nízké tóny přirozeným sluchem, nejdelší elektrody od některých jiných poskytovatelů jsou ještě kratší než u kandidátů s hlubokou ztrátou sluchu. [11]
Délka elektrod: jak technické vlastnosti ovlivňují zvuk
Vědci rychle vyvinuli zvukové příklady, které lidem s normálním sluchem pomohly představit si vliv jednotlivých technických prvků kochleárních implantátů, zejména vliv délky elektrod. Lidské vnitřní ucho používá „kódování místa“: různé výšky tónů jsou přiřazeny určitým místům v hlemýždi. S kochleárním implantátem jsou slyšitelné přesně ty zvukové intervaly, jejichž ekvivalent dosáhne elektrody CI v hlemýždi. Proto je obzvláště důležité, aby délka elektrody co nejvíce odpovídala délce hlemýždě. Pro kandidáty CI nebo uživatele s typickým hlemýžděm nabízí rakouský výrobce MED-EL jako jediný elektrody, které jsou se svou délkou 32 milimetrů dostatečně dlouhé, aby dosáhly stejně do míst pro vysoké i nízké tóny. Například elektroda dlouhá pouhých 24 milimetrů ponechává více než tři oktávy frekvenčního rozsahu v typickém hlemýždi nedosažené! Aby byly navzdory tomu slyšitelné všechny výšky, používají výrobci triky zvané frekvenční posun a frekvenční komprese. Při frekvenčním posunu je zvuk o frekvenci 70 hertzů stimulován tam, kde původně zaznívalo 590 hertzů. Díky tomu zní vše více vysoko, což je známé jako efekt Mickey Mouse. Díky dodatečné frekvenční kompresi se sedm oktáv slyšitelného zvuku stlačí do čtyř oktáv. Kdyby se to mělo zopakovat na klavíru, zněl by klavír nejen nepříjemně vysoko, ale také velmi rozladěně - musíme tedy předpokládat, že tohoto efektu se dosáhne i pomocí CI.
Kratší elektroda navíc neovlivňuje pouze zvuk, ale zhoršuje také porozumění řeči. To prokázala řada vědců - naposledy Tobias Weller a jeho kolegové z Univerzitní nemocnice v Hannoveru. Ti uvádějí, že „přínos [of a cochlear implant]je výrazně vyšší při úhlu zavedení [of the electrode] 540° - 630° než při úhlu zavedení menším než 360°, ačkoli po 630° nedochází k výraznému poklesu“.
[1] Dorman MF, Natale SC, Baxter L, et al. Approximations to the Voice of a Cochlear Implant: Explorations With Single-Sided Deaf Listeners. Trends in Hearing. 2020;24. doi:10.1177/2331216520920079 [2] Zeitler DM, Dorman MF, Cochlear Implantation for Single-Sided Deafness: A New Treatment Paradigm. J Neurol Surg B Skull Base 2019; 80(02): 178-186. doi: 10.1055/s-0038-1677482 [3] Dorman MF, Natale SC, Butts AM, Zeitler DM, Carlson ML. The sound quality of cochlear implants: Studies with singlesided deaf patients. Otol Neurotol. 2017 Sep;38(8):e268-e273. doi: 10.1097/MAO.0000000000001449. [4] Dorman MF, Natale SC, Zeitler DM, Baxter L, Noble JH. Looking for Mickey Mouse™ But Finding a Munchkin: The Perceptual Effects of Frequency Upshifts for Single-Sided Deaf, Cochlear Implant Patients. J Speech Lang Hear Res. 2019 Sep 20;62(9):3493-3499. doi: 10.1044/2019_JSLHR-H-18-0389. Epub 2019 Aug 15. [5] Dorman MF, 2020 [6] Prentiss S, Staecker H, Wolford B. Ipsilateral acoustic electric pitch matching: a case study of cochlear implantation in an up-sloping hearing loss with preserved hearing across multiple frequencies. Cochlear Implants Int. 2014;15(3):161-165. doi:10.1179/1754762814Y.0000000066 [7] Dorman MF 2020 [8] Dorman MF 2019 [9] Dorman MF, Natale SC, Noble JH and Zeitler DM (2022) Upward Shifts in the Internal Representation of Frequency Can Persist Over a 3-Year Period for Cochlear Implant Patients Fit With a Relatively Short Electrode Array. Front. Hum. Neurosci. 16:863891. doi: 10.3389/fnhum.2022.863891
[10] „9 Gründe für die Relevanz der CI-Elektrode“, https://blog.medel.pro/de/chirurgie/relevanz-der-ci-elektrode/
[11] Zdroje: Elektroden-Einführwinkel laut Studien siehe blog.medel.pro; Flex34 approximiert.
