Milyen hangzása lesz a cochleáris implantátumoknak?
Az első cochleáris implantátum 1977-es beültetése óta a CI-technológia jelentős fejlődésen esett át – ezzel együtt a beszédértés és a CI-eszközök hangminősége is sokat fejlődött. Az aktuális kutatások a cochleáris implantátumok hangját imitálják.
Gyakorlati tapasztalataik alapján a szakértők tisztában vannak azzal, hogy a CI-felhasználókat két fő kérdés foglalkoztatja. Az első: "Mennyire jól fogok hallani?" és a második: "Milyen lesz a készülék hangja?" [1] A beszéd érthetőségére vonatkozó kérdés megválaszolása nem egyszerű, hiszen ebben túl sok befolyásoló tényező játszik szerepet. Azonban, legalább a beszédérthetőség mérése lehetséges és ezt számokban is ki tudjuk fejezni. A hangzást sallangos kifejezésekkel többé-kevésbé le tudjuk írni, esetleg összahasonlíthatjuk az ismert hangképekkel.
Az elismert fejlődéspszichológus, Michael F. Dorman, a nyelvészet, a hallás- és beszédtudományok doktora, professzor emiratus, tudományos megközelítésből nézve több évtizede küzd ezekkel a kihívásokkal. Elsőként különböző csoportokon végzett kutatások során a cochleáris implantátum használóinak beszédértését befolyásoló különféle technikai tényezőket vizsgálta. Az alábbiak szerint magyarázza azokat a lehetőségeket, melyeket a cochleáris implantátumok hangzásának vizsgálata során számításba vesz: "A féloldali siketséggel rendelkező CI-felhasználók lehetőséget adtak a kutatók számára annak a kérdésnek a megválaszolására, amit szinte minden CI-páciens feltesz: Milyen hangja lesz a CI-készüléknek?"" [2]
Legutóbbi kutatásának eredményei [3] [4] igazán ígéretesek: a rövid elektródákkal ellátott CI-készülékek esetében a felhasználók a természetes hangzásnál magasabban hallják a hangokat. Azonban a hosszabb elektródákkal ellátott CI-készülékek használata során egyes felhasználók szinte vagy egészen természetes hangzásúnak hallják a hangokat, viszont mások a CI-készülék hangját tompának, esetenként kevésbé tisztának érzékelik a másik fül természetes hallásához képest. [5]
"Miki egér hangot vártunk" - hangok leírása és összehasonlítása
Az összehasonlító tanulmányok terén végzett úttörő munkát az Egyesült Államokban Sandra Prentiss és tudományos munkatársai. Egy olyan, CI-készüléket használó pácienssel dolgoztak közösen, akinél a CI-elektródák a csiga majdnem két teljes fordulatát lefedték, így az eszköz beültetését követően megmaradt hallása szinte teljes mértékben változatlan maradt minden hangmagasságban. Tíz évvel ezelőtt egy esettanulmány keretében a tudományos munkát végző csapat arra kérte ezt a pácienst, hasonlítsa össze a CI-készülékkel érzékelt hangmagasságot az ugyanazzal a füllel, természetes hallás során érzékelt hangmagassággal. Az eredmények megerősítették az egyes hangmagasságoknak a csiga adott helyeihez rendelésének és a hosszú elektródasoroknak a fontosságát. Emellett, az alacsony hangmagasságú hangok kimutatta a hangmagasság időbeli érzékelésének hatását is, vagyis megerősítette az úgynevezett finom szerkezeti kódolás hatékonyságát. Azonban ebből az esettanulmányból semmit sem tudunk meg a hangképekről.
Weller és munkatársai kimutatták: Azon CI-készüléket használó páciensek esetében a legjobb a beszédértés, akiknél a készülékben 630 foknál többet lefed az elektródasor, míg a 360 foknál rövidebb elektródasor esetén jelentősen rosszabb a beszédértés. ©adaptiert von Weller et al. 2023
Később számos tanulmányban ugyanezt a kérdést tette fel az amerikai tudós, Michael F. Dorman, valamint tudós munkatársai, mely kutatások során a féloldali CI-eszközt használó és fél füllel természetesen halló pácienseket vizsgáltak. A Féloldali siketséggel rendelkező betegek cochleáris implantációja elnevezésű kutatást először 2003-ban, egy európai tanulmány keretében végezték el és ma más sok országban, köztük Ausztriában is rutineljárásnak számít [6]. Kezdetben, egyes szakértők kételkedtek abban, hogy a CI-készülék mesterségesen létrehozott hangzása vetekedni tud a másik oldalon érzékelt természetes hangzással. Azonban Dorman és munkatársai kifejezetten arra kérték a kettős tapasztalattal rendelkező CI-felhasználókat, hogy hasonlítsák össze a CI hangzását a másik oldal természetes hangzásával. Hangjelként néhány nagyon rövid mondatot használtak. Ezeket aztán technikai eljárásokkal feldolgozták a természetes hallású fül számára, egészen addig, míg a tanulmány résztvevői úgy nem találták, hogy pontosan úgy hangzanak, mint a CI-készülékkel észlelt hangok.
Az eredményeket bemutató egyik publikáció bevezetőjében a tudósok arról írnak, azt várták, hogy az így kialakított leutánzott hangok leginkább Miki egér vagy egy robot hangjára fognak hasonlítani. Ez az a két hang, amire egyesek a mai napig utalnak, ha a CI-készülékre várók vagy a készülék iránt érdeklődők a cochleáris implantátum hangjáról kérdeznek. Azonban úgy tűnik, a modern CI-készülékek hangzása sokkal természetesebb, mint ahogy azt várták! Dorman tanulmánya szerint a szimulált hangok beszédjele elsősorban kissé tompa [7] [8]. A tanulmány egyes résztvevői a CI-készülék hangját a másik fül természetes hallású hangajaval azonosként jellemezték - ez a hosszú elektródasoros MED-EL készülékek esetében fordult elő.
Szimulációs eredmények: A modern CI-készülékek hangzása természetes!
A műszaki paraméterek hatásainak nagyobb megértése érdekében a tudósok különféle szimulációkat fejlesztettek ki. Azonban az eredményeket jelentősen befolyásolják az összehasonlítások: hosszú vagy rövid elektródasor, nagyobb vagy kisebb frekvenciatartomány, finom szerkezeti hangolással vagy anélkül. Ezek fontos információk és nem csak a fejlesztéssel foglalkozó csapatok számára: a CI-készülékre váró páciensek ezen szimulációk alapján eldönthetik, melyik CI-funkcióra szeretnének nagyobb figyelmet fordítani. Ezek a szimulációk azonban nem tudják visszaadni a CI-készülékek valódi hangzását!
Az új szimulációkkal a CI-szakértő Michael F. Dorman és munkatársai célja pontosan ennek a megteremtése. Magyarázataikban arra is felhívják a figyelmet, hogy
Míg az elektromos-akusztikus szimulációs (EAS) rendszerekben MED-EL FLEX24 elektródasorokat használnak azok számára, akik természetes hallással képesek meghallani az alacsony hangmagasságú hangokat, egyes szolgáltatók leghosszabb elektródasorai rövidebbek, mint a súlyos halláskárosodással rendelkező jelölteknél alkalmazott elektródasorok. [11]
Az elektródasor hossza: hogyan befolyásolják a hangzást a műszaki jellemzők
A tudósok rövid időn belül kifejlesztettek olyan hangmintákat, melyekkel a normál hallással rendelkezők számára be tudják mutatni a cochleáris implantátumok egyedi műszaki jellemzőinek hatásait, különös tekintettel az elektródasor hosszára. Az emberi belső fül "helyi kódolást" alkalmaz: a különböző hangmagasságok a csigában adott helyhez kötöttek. Cochleáris implantátummal pontosan azok a hangtartományok hallhatók, melyek hangjai a csigában elérik a CI elektródát. Éppen ezért különösen fontos, hogy az elektródasor hossza a lehető legjobban megfeleljen a csiga hosszának. A 32 mm hosszú elektródasorával egyedül a CI-készülékeket gyártó osztrák MED-EL vállalat kínál a CI-eszközöket használó és használni vágyó páciensek számára megfelelő hosszúságú, a magas és a mély hangokat egyarátn lefedő elektródasorokat.
Például, egy 24 mm hosszú elektródasor egy átlagos csiga esetében három oktávnyi frekvenciatartományt nem ér el! Ahhoz, hogy ennek ellenére minden hangmagasságot hallhassunk, a gyártók különféle, frekvenciaeltolási és frekvenciatömörítési trükköket alkalmaznak. A frekvenciaeltolás során ott, ahol eredetileg 590 hertzen halljuk a hangot, 70 hertz hangfrekvenciát stimulálnak. Ennek eredményeként minden sokkal magasabb hangon hallatszik, ez az ún. Miki egér hanghatás. A kiegészítő frekvenciatömörítés során a hét oktávnyi hallható hangot négy oktávba sűrítik. Ha ezt egy zongorán próbálnánk szemléltetni, a zongora kellemetlenül magas hangokat adna, ráadásul még hamisan is - tehát, jogosan feltételezzük, hogy a CI-készülékek esetében ugyanez a hatás érzékelhető.
Ráadásul a rövid elektródasor nem csupán a hangzást befolyásolja, de a beszédértést is rontja. Ezt már számos tudós igazolta - legutóbb a Hannoveri Egyetemi Kórházban Tobias Wellner és munkatársai. Véleményük szerint “540° - 630° beillesztési szög esetén [of a cochlear implant] jelentősen több előnnyel rendelkezik, mint 360°-nál kisebb [of the electrode] beillesztési szöggel, viszont 630° felett jelentős változás nem figyelhető meg .” [10]
[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] Quellen: Elektroden-Einführwinkel laut Studien siehe blog.medel.pro; Flex34 approximiert.
