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CC2-Audio 398: Forschung für besseres Hören

Cochlea-Implantat
Das Cochlea-Implantat ist eine Hörprothese für Gehörlose, deren Hörnerv noch funktioniert (Quelle: National Institutes of Health/Wikipedia)

Forscher in Großbritannien wollen Hörgeräte ermöglichen, die Sprache besser von Umgebungslärm unterscheiden und somit gezielt hervorheben können. Dazu sollen neue Algorithmen das Hören im menschlichen Gehirn nachahmen. Sie wollen endlich verstehen, wie Neuronen im Hirnstamm die Signale - Sprache und Geräusch - abbilden und trennen.

 

Klassische Hörgeräte sind für Träger oft nur mäßig nützlich, da sie jedes Geräusch gleich verstärken und so beispielsweise das Verstehen von Sprache schwer machen. Inzwischen gibt es zwar technologische Ansätze, die Abhilfe schaffen sollen, doch sie können das nur bedingt. Die beste Möglichkeit, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, sind Richtmikrofone, denn sie bringen bis zu 15 Dezibel Gewinn an Lautstärke. Doch verstärken sie eigentlich nicht nur die Sprache. Der große Effekt kommt davon, dass der Träger den Kopf zur Quelle hindrehen kann.

 

Die Forscher nehmen an, dass das Gehirn beim Hören eine Form des "Sparse Coding" nutzt, bei dem relativ wenige Neuronen stark aktiv sind, um Signal - also relevante Klänge wie Sprache - und Rauschen zu trennen. Sie wollen den genauen Mechanismus in einzelnen Neuronen erforschen, um dann neue Algorithmen für die Signalverarbeitung zu entwickeln, die Sprache und Umgebungsgeräusche komplett trennen.

 

Noch weiter gehen die Forscher an der TU München. Ein funktionierendes Gehör ist die Voraussetzung, um sprechen lernen zu können. Kinder mit angeborener Taubheit erhalten deshalb so früh wie möglich ein sogenanntes Cochlea-Implantat. Es besteht aus einem hinter dem Ohr getragenen Sprachprozessor mit Sendespule und dem eigentlichen Implantat, einem verkapselten und unter der Haut eingesetzten Mikroprozessor, der über eine Stimulationselektrode mit bis zu 22 Kontakten den Hörnerv direkt anregt.

 

Auch Erwachsenen, die ihr Hörvermögen verloren haben, können Cochlea- Implantate das Hören wieder ermöglichen. Innerhalb der letzten Jahrzehnte haben sich diese Implantate zu den erfolgreichsten Neuroprothesen entwickelt. Sprache können die Betroffenen damit inzwischen gut verstehen. Doch die Technik stößt an ihre Grenzen, beispielsweise beim Hören von Musik oder wenn viele Menschen durcheinander sprechen. Erste Verbesserungen bringt hier die beidseitige Versorgung mit Cochlea- Implantaten.

 

Ein weiterer Entwicklungssprung könnte erfolgen wenn es gelänge, das räumliche Hören wieder herzustellen. Da die Ohren ein paar Zentimeter voneinander entfernt sind, erreicht der von einer Quelle ausgehende Schall zuerst das eine Ohr und dann das andere. Die Differenz beträgt nur wenig Millionstel Sekunden, doch das Gehirn kann daraus berechnen, wo sich eine Schallquelle befindet. Moderne Mikroprozessoren könnten zwar so schnell reagieren, doch ein Nervenimpuls dauert fast hundertmal so lange. Um hier ein perfektes Zusammenspiel zu erreichen, sind völlig neue Strategien nötig.

 

Die Wahrnehmung von Schallsignalen beginnt im Innenohr. Hier übersetzen Haarsinneszellen die mechanischen Schwingungen in die Sprache der Nervenzellen, sogenannte Aktionspotenziale. Über neuronale Schaltstationen im Stammhirn, Mittelhirn und Zwischenhirn werden die Signale in die Hörrinde (auditorischer Kortex) übertragen, wo schließlich rund 100 Millionen Nervenzellen für den subjektiven Höreindruck verantwortlich sind. Doch über die Details dieser „Kodierung“ genannten Übersetzung weiß die Wissenschaft bisher noch wenig.

 

Damit die Implantate präziser arbeiten können, sind Kodierungsstrategien notwendig, die besser auf die Informationsverarbeitung der neuronalen Schaltkreise im Gehirn abgestimmt sind. Voraussetzung dafür ist, dass wir das Hörsystem besser verstehen: Auf der Basis physiologischer Messungen an Neuronen gelang es seiner Arbeitsgruppe, die Schallkodierung im Innenohr und die neuronale Informationsverarbeitung im Hirnstamm im Computer zu modellieren. Mit diesen Modellen können sie nun die Kodierungsstrategien weiter entwickeln und in Experimenten mit Normalhörenden und Implantatträgern testen.

 

Auch für die Hersteller von Cochlea-Implantaten, mit denen die TUM- Forscher zusammenarbeiten, stellen die Modelle wertvolle Evaluationswerkzeuge dar. Vorabtests am Computermodell bedeuten für die Hersteller eine enorme Zeit- und Kostenersparnis.

 

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