Už jste se někdy snažili vybrat hlas svého přítele nad dalšími rozhovory v přeplněné místnosti? Vědci nazývají tuto výzvu „Problémem koktejlové párty“ a pro lidi se ztrátou sluchu může být obzvláště obtížné.
Většina sluchových pomůcek přichází se směrovými filtry, které pomáhají uživatelům zaměřit se na zvuky před nimi. Nejlepší jsou při snižování šumu statického pozadí, ale zapadají do složitějších akustických scénářů, například když je uživatel mezi hosty koktejlů, kteří stojí blízko sebe a mluví v podobném objemu.
Nyní by nový algoritmus mohl zlepšit, jak sluchadla řeší problém koktejlové párty. Model, nazvaný „biologicky orientovaný algoritmus segregace zvuku“ (Bossa), čerpá inspiraci ze sluchového systému mozku, který používá vstupy z obou uší k nalezení zdroje šumu a může odfiltrovat zvuk podle umístění.
Alexander BoydDoktorský student v biomedicínském inženýrství na Bostonské univerzitě porovnával směrové filtry a Bossa s baterkami v tom, že zdůrazňují, co je na jejich cestě.
Související: „Vestrigial“ sval snižující lidské uší se vlastně ohýbá, když se snažíme slyšet
„Bossa je nová baterka, která má pevnější paprsek, který je selektivnější,“ řekl Live Science. Ve srovnání se standardními filtry by měla být Bossa lepší rozlišovat mezi reproduktory-i když je stále třeba testovat ve scénářích reálného světa se správnými naslouchátky.
Boyd vedl nedávný laboratorní test Bossa, jehož výsledky byly zveřejněny 22. dubna v časopise Komunikační inženýrství. V experimentu účastníci se ztrátou sluchu oblékli sluchátka hrající zvuk navržená tak, aby simulovala pět lidí mluvících současně a z různých úhlů kolem posluchače.
Zvuk byl filtrován buď Bossa nebo tradičnějším algoritmem sluchové pomoci a účastníci porovnali oba filtry s tím, jak slyšeli zvuk bez dalšího zpracování.
V každém soudu byli účastníci požádáni, aby následovali věty, které hovořil jeden z pěti řečníků. Objem „cílového reproduktoru“ vzhledem k ostatním reproduktorům se mezi pokusy lišil. Když cílový reproduktor stál do 30 stupňů posluchače v obou směrech, mohli účastníci zjistit větší část slov při nižším objemovém prahu s Bossou než s konvenčním algoritmem nebo při nezmoření.
Zdá se, že konvenční algoritmus slouží uživatelům lépe než Bossa při rozlišování řeči od statického šumu. To však bylo testováno pouze u čtyř z osmi účastníků.
Standardní algoritmus funguje tím, že snižuje rušivé zvuky zvýšením poměru signál-šum pro zvuky pocházející z daného směru. Pro srovnání Bossa transformuje zvukové vlny do hrotů vstupu, které může algoritmus zpracovat, podobně jako kochlea Ve vnitřním uchu přeměňuje vibrace ze zvukových vln na signály přenášené neurony.
Algoritmus emuluje, jak speciální buňky v midbrainu – nejvyšší část mozkového kmene, který spojuje mozek a míchu – selektivně reagují na zvuky pocházející z daného směru. Tyto prostorově vyladěné buňky posuzují směr na základě rozdílů v načasování a objemu zvukových vstupů do každého ucha.
Boyd řekl, že tento aspekt Bossa čerpal ze studií Midbrain ve Barn Owls, které mají sofistikované schopnosti prostorového snímání, protože se spoléhají na zvukové narážky na lokalizaci kořisti. Bossa-filtrované signály jsou poté rekonstruovány do zvuku pro posluchače.
Bossa je modelována na cestě „zdola nahoru“ nervového systému, která shromažďuje kousky smyslových informací, které jsou poté interpretovány mozkem. Tyto smyslové vstupy řídí, které aspekty životního prostředí se zaměřují a které lze ignorovat.
Související: Naše vnější uši mohly pocházet ze starověkých ryb, vědci objevují
Ale pozornost je také diktována a Cesta „shora dolů“ve kterém předchozí znalosti a současné cíle osoby formují jejich vnímání. V tomto případě může jednotlivec rozhodnout, na co je relevantní zaměřit se. Tyto dva způsoby zpracování se nemusí nutně vzájemně vylučovat; Například hlas vašeho přítele by na vás mohl vyskočit, protože to poznáte a protože křičí nad zvukem davu.
Bossaův přístup „zdola nahoru“ může lidem pomoci soustředit se na řeč přicházející z předem určeného umístění, ale v reálném životě lidé rychle posunují svou pozornost na různé rozhovory. „S tímto algoritmem to nemůžete udělat,“ řekl Michael StoneAudiologický výzkumný pracovník na University of Manchester ve Velké Británii, který se do nové studie nezúčastnil.
Stone dodal, že studie nepalila, jak se zvuky ozvěny a dozvuky v reálném životě, zejména v vnitřním prostředí. Přesto řekl, že Bossa může být praktičtější pro sluchadla než algoritmy založené na hlubokých neuronových sítích, což je další vznikající přístup k zvukovému filtrování.
Modely hluboké neuronové sítě potřebují rozsáhlé školení, aby byly připraveny na všechny různé konfigurace reproduktorů, s nimiž se může uživatel setkat. A po implementaci vyžadují výpočetní požadavky těchto modelů hodně energie. Bossa je ve srovnání jednodušší a spoléhá se hlavně na prostorový rozdíl mezi dvěma zvuky.
Bossa může být také transparentnější než „černá skříňka“ hlubokých neuronových sítí, řekl Fan-gang ZengProfesor otolaryngologie na Kalifornské univerzitě v Irvine, který nebyl do výzkumu zapojen. To znamená, že by bylo snazší interpretovat, jak se zvukové vstupy stávají algoritmickými výstupy, možná usnadňují upřesnění modelu.
Zeng dodal, že Bossa může vyžadovat další rafinaci, protože je studována ve více realistických scénářích. Vědci plánují testovat Bossu spíše ve správných sluchadlových pomůckách než v sluchátkách a také doufají, že vyvine mechanismus řízení, který uživatelům pomůže nasměrovat zaměření algoritmu.
Tento článek je pouze pro informační účely a nemá za cíl nabídnout lékařskou pomoc.
