Ako bude znieť môj kochleárny implantát?
Od prvej kochleárnej implantácie v roku 1977 sa technológia KI vyvíjala a spolu s ňou aj porozumenie reči a kvalita zvuku s KI. Súčasné štúdie simulujú zvuk kochleárnych implantátov.
Odborníci z praxe vedia, že väčšina záujemcov o KI má dve hlavné otázky: „Ako dobre budem počuť?“ a „Ako to bude znieť?“ [1] Odpoveď na otázku dosiahnuteľnej zrozumiteľnosti reči nie je jednoduchá. Existuje príliš veľa faktorov, ktoré na ňu vplývajú. Môžeme však zrozumiteľnosť reči aspoň zmerať a následne ju vyjadriť v číselných hodnotách. Môžeme ju len popísať – viac či menej kvetnatými slovami alebo ju porovnať so známymi zvukovými obrazmi. Renomovaný vývojový psychológ Michael F. Dorman, emeritný profesor lingvistiky, sluchových a rečových vied, sa týmito náročnými otázkami z vedeckého hľadiska zaoberá už niekoľko desaťročí. Najprv skúmal v rôznych výskumných skupinách vplyv rôznych technických faktorov na porozumenie reči s kochleárnym implantátom. Vysvetľuje možnosti, ktoré teraz využíva pri skúmaní zvuku kochleárnych implantátov: „Jednostranne nepočujúci pacienti s KI otvorili výskumníkom okno na zodpovedanie otázky, ktorú si kladie takmer každý kandidát na KI: „Ako bude môj KI znieť?“.“ [2] Výsledky jeho aktuálnych štúdií [3] [4] sú povzbudivé: u používateľov KI s krátkymi elektródami znie KI vyššie ako prirodzený sluch. Pre niektorých užívateľov KI s dlhými elektródami však KI znie takmer alebo dokonca úplne rovnako ako prirodzený sluch, zatiaľ čo iní vnímajú zvuk KI ako viac či menej tlmený, niekedy tiež menej zreteľný ako prirodzený sluch v druhom uchu. [5]
„Hľadá sa Mickey Mouse“ – popis alebo porovnanie zvukových obrazov
Jednou z priekopníčok týchto porovnávacích štúdií bola Sandra Prentissová so svojimi vedeckými kolegami v USA. Pracovali s používateľom KI, u ktorého pokrýva KI elektróda takmer celé dva závity slimáka, pričom jeho zvyškový sluch bol po implantácii zachovaný takmer bez zmeny vo všetkých výškach. Pred desiatimi rokmi požiadal vedecký tím tohto používateľa v rámci prípadovej štúdie, aby porovnal vnímanie výšok tónov s KI s vnímaním prirodzeného zvyškového sluchu v tom istom uchu. Výsledky potvrdili priradenie jednotlivých výšok ku konkrétnym miestam v slimákovi, a teda významnosť dlhých elektród. Pri nízkofrekvenčných zvukoch sa tiež ukázal vplyv časového rozlíšenia na vnímanie výšky tónu, čím sa potvrdila účinnosť tzv. kódovania jemnej štruktúry. Táto prípadová štúdia neposkytuje však žiadne informácie o zvukovom obraze.
Weller a jeho kolegovia ukazujú: používatelia KI, ktorí majú elektródy zavedené pod uhlom viac ako 630 stupňov, vykazujú najlepšie porozumenie reči, zatiaľ čo tí, ktorí majú elektródy zavedené pod uhlom menej ako 360 stupňov, vykazujú výrazne horšie porozumenie reči. ©adaptované od Weller et al. 2023
Touto otázkou sa zaoberal americký vedec Michael F. Dorman spolu s ďalšími vedeckými kolegami v niekoľkých štúdiách s jednostranne implantovanými používateľmi KI s normálnym, prirodzeným sluchom na druhej strane. Implantácie KI u pacientov s jednostrannou hluchotou boli prvýkrát vykonané v roku 2003 v rámci jednej európskej štúdie a dnes sú bežné v mnohých krajinách, vrátane Rakúska [6]. Spočiatku niektorí odborníci pochybovali o tom, či je umelo generovaný zvukový vnem KI kompatibilný s prirodzeným zvukovým vnemom na druhej strane. Dorman a jeho kolegovia však požiadali týchto používateľov bimodálnych KI, aby presne porovnali zvukový vnem KI s prirodzeným sluchom na druhej strane. Ako akustický signál použili niekoľko krátkych viet, ktoré potom technicky spracovali pre prirodzene počujúce ucho, až kým účastníci štúdie nepopísali zvuk rovnako ako nespracovaný zvuk KI. V úvode jednej z výsledných publikácií vedci píšu, že od takto vyvinutých simulácií očakávali zvuky Mickey Mousa alebo robotov. Práve tieto predstavy dodnes niektorí ľudia používajú na opis zvuku kochleárneho implantátu, keď sa naň zaujímajúci ľudia pýtajú. Zvuk moderných KI je však zrejme oveľa prirodzenejší, než sa doteraz predpokladalo! Podľa Dormana bol rečový signál simulačných zvukov prevažne mierne tlmený [7] [8]. Niektorí účastníci štúdie dokonca hodnotili zvuk KI ako úplne totožný s prirodzeným zvukom v druhom uchu – to bol konkrétne prípad niektorých používateľov implantátov MED-EL s dlhými elektródami.
Simulácia ukazuje: Moderné KI znejú prirodzene!
Vedci vyvinuli rôzne simulácie, ktoré umožňujú pochopiť účinky technických parametrov. Vždy však išlo iba o porovnanie: dlhé a krátke elektródy, viac alebo menej frekvenčných pásiem, s informáciami o jemnej štruktúre alebo bez nej. Toto sú dôležité informácie nielen pre vývojové tímy: kandidáti na KI môžu tieto simulácie využiť v zmysle rozhodnutia, ktorým vlastnostiam KI chcú venovať osobitnú pozornosť. Tieto simulácie však nemôžu poskytnúť predsta
Zatiaľ čo elektródy MED-EL FLEX24 sa používajú v systémoch EAS pre osoby, ktoré ešte stále počujú nízke tóny prirodzeným sluchom, najdlhšie elektródy od niektorých iných poskytovateľov sú dokonca kratšie aj pre kandidátov s hlbokou stratou sluchu. [11]
Dĺžka elektród: ako technické vlastnosti ovplyvňujú zvuk
Vedci rýchlo vyvinuli zvukové príklady, ktoré ľuďom s normálnym sluchom pomohli predstaviť si vplyv jednotlivých technických prvkov kochleárnych implantátov, najmä vplyv dĺžky elektród. Ľudské vnútorné ucho používa „kódovanie miesta“: rôzne výšky tónov sú priradené určitým miestam v kochlei (slimákovi). S kochleárnym implantátom sú počuteľné presne tie zvukové intervaly, ktorých ekvivalent dosiahne elektródy KI v slimákovi. Preto je obzvlášť dôležité, aby dĺžka elektródy čo najviac zodpovedala dĺžke kochley. Pre kandidátov KI alebo používateľov s typickým slimákom ponúka rakúsky výrobca MED-EL ako jediný elektródy, ktoré sú so svojou dĺžkou 32 milimetrov dostatočne dlhé, aby dosiahli miesta pre vysoké aj nízke tóny. Napríklad elektróda dlhá len 24 milimetrov ponecháva v typickej kochlei nedosiahnuté viac ako tri oktávy frekvenčného rozsahu! Aby boli napriek tomu počuteľné všetky výšky, používajú výrobcovia triky zvané frekvenčný posun a frekvenčná kompresia. Pri frekvenčnom posune je zvuk s frekvenciou 70 hertzov stimulovaný tam, kde pôvodne znel ako 590 hertzov. Na margo toho znie všetko vyššie, a je to známe ako efekt Mickey Mousa. Vďaka dodatočnej frekvenčnej kompresii sa sedem oktáv počuteľného zvuku stlačí do štyroch oktáv. Keby sa to malo zopakovať na klavíri, klavír by znel nielen nepríjemne vysoko, ale aj veľmi rozladene – musíme teda predpokladať, že tento efekt sa dosiahne aj pomocou KI.
Kratšia elektróda navyše neovplyvňuje iba zvuk, ale zhoršuje i porozumenie reči. To preukázali viacerí vedci – naposledy Tobias Weller a jeho kolegovia z Univerzitnej nemocnice v Hannoveri. Uvádzajú, že „prínos [kochleárneho implantátu] je výrazne vyšší pri uhle zavedenia [elektródy] 540° - 630° než pri uhle zavedenia menšom ako 360°, hoci po 630° nedochádza k výraznému poklesu.“[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.
