Onderzoekers van Boston University hebben een algoritme ontwikkeld dat het voor mensen met gehoorverlies mogelijk maakt om in drukke en lawaaierige omgevingen toch mensen beter te kunnen verstaan. De technologie, geïnspireerd op de werking van het menselijk brein, verbetert de woordherkenning met 40 procent ten opzichte van de huidige hoorapparaten. Deze innovatie kan een grote doorbraak betekenen in de aanpak van het zogeheten ‘cocktailpartyprobleem’.
Onderzoekers van Boston University (BU) hebben een veelbelovende oplossing ontwikkeld. Het is een hersen-inspirerend algoritme dat geluiden beter kan scheiden en gebruikers van hoortoestellen helpt zich te concentreren op één spreker in een drukke omgeving. Het algoritme, genaamd BOSSA (biologically oriented sound segregation algorithm), toonde in tests een aanzienlijke verbetering in woordherkenning (40 procent) dan bij de momenteel gebruikte technologieën in hoortoestellen.
“Wij waren enorm verrast en opgetogen over de omvang van de prestatieverbetering,” zegt Kamal Sen, de ontwikkelaar van het algoritme en universitair hoofddocent biomedische technologie aan de BU College of Engineering. Volgens Sen zijn zulke grote sprongen in technologische verbetering zeldzaam. Het onderzoek is gepubliceerd het wetenschappelijk tijdschrift Communications Engineering.
Ruisonderdrukking
Het algoritme is geïnspireerd op de manier waarop het menselijk brein geluiden verwerkt. Het onderzoeksteam bestudeerde met name hoe hersencellen—en dan vooral de zogenaamde ‘inhiberende neuronen’—bepaalde ongewenste geluiden onderdrukken. Deze neuronen vormen als het ware een intern ruisonderdrukkingssysteem. Het algoritme gebruikt ruimtelijke aanwijzingen, zoals het volume en de timing van geluiden, om relevante spraak te isoleren van achtergrondlawaai.
Daarmee heeft BOSSA een duidelijke meerwaarde ten opzichte van de huidige standaardtechnologieën in hoortoestellen. Veel moderne hoorapparaten gebruiken al richtmicrofoons (beamformers) en algoritmes voor ruisonderdrukking, maar volgens Sen levert dat nauwelijks betere prestaties op tot dusver. Virginia Best is medeonderzoeker en universitair hoofddocent aan de BU Sargent College of Health & Rehabilitation Sciences en wijst erop dat communicatie in lawaaierige omgevingen voor veel mensen met gehoorverlies het grootste probleem is. “Deze situaties—denk aan familiediners, sociale gelegenheden en werkvergaderingen—zijn ontzettend belangrijk voor de kwaliteit van leven,” aldus Best. “Een oplossing die hier verbetering brengt, kan dus enorme impact hebben.”
Algoritme testen
Om het algoritme te testen, voerde het team een studie uit met jongvolwassenen die lijden aan sensorineurale gehoorverlies, vaak veroorzaakt door genetische factoren of ziekten op jonge leeftijd. De proefpersonen kregen in een laboratoriumomgeving via hoofdtelefoons spraak te horen die afkomstig leek te zijn van verschillende locaties. Vervolgens werd hun vermogen om specifieke stemmen te verstaan gemeten, zowel zonder algoritme als met het standaard en het nieuwe algoritme. De resultaten waren overduidelijk in het voordeel van BOSSA.
Het algoritme is inmiddels gepatenteerd en Sen hoopt nu samen te werken met commerciële partijen die geïnteresseerd zijn in het voorzien van licenties van de technologie. De timing is wat dat betreft gunstig: bedrijven zoals Apple betreden momenteel de hoorzorgmarkt, waarbij bijvoorbeeld de AirPods Pro 2 worden aangeprezen als klinisch verantwoorde gehoorhulpmiddelen.
Oogvolg-technologie
Interessant is dat het algoritme mogelijk ook toepassingen heeft buiten de hoorzorg. Volgens Sen heeft het te maken met de fundamentele hersenmechanismen van aandacht en focus. Volgens Send zijn de neurale circuits die worden bestudeerd veel algemener van aard. Ze kunnen volgens Sen ook relevant zijn voor mensen met ADHD of autisme, die moeite hebben met het filteren van prikkels in drukke omgevingen.
Het BU-team is inmiddels begonnen met de ontwikkeling van een verbeterde versie van het algoritme, waarin ook oogvolg-technologie wordt geïntegreerd. Daarmee kan het systeem automatisch detecteren op wie of wat de gebruiker zich wil richten, wat het richten van auditieve aandacht nog effectiever maakt.
Ook in Nederland wordt onder de naam Right Hearing gewerkt aan een innovatief hoorsysteem dat de communicatie in rumoerige omgevingen moet gaan verbeteren. Beephonix, het Radboudumc en Absolute Audio Labs kregen daarvoor een Europese subsidie van 738.000 euro en wordt onder meer gefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO-Oost).
