Wetenschappers van het Zuckerman Institute van Columbia University hebben voor het eerst aangetoond dat hersengestuurde gehoortechnologie mensen kan helpen om één stem te volgen in een rumoerige omgeving. De eerste tests bij patiënten laten zien dat het mogelijk is om gesprekken selectief te versterken op basis van hersenactiviteit. Daarmee komt een nieuwe generatie gehoorhulpmiddelen in beeld die verder gaat dan traditionele hoortoestellen.
Volgens hoofdonderzoeker dr. Nima Mesgarani werkt het systeem als een ‘neurale extensie’ van de gebruiker. In plaats van geluid simpelweg te versterken, benut de technologie het natuurlijke vermogen van het brein om relevante geluiden te filteren en andere prikkels te onderdrukken.
Huidige beperkingen
Moderne hoortoestellen kunnen spraak versterken en achtergrondgeluid deels onderdrukken, zoals verkeerslawaai. Toch schieten ze tekort in complexe luisteromgevingen, zoals drukke restaurants of bijeenkomsten. Ze versterken namelijk alle stemmen tegelijk, waardoor het moeilijk blijft om één spreker te volgen.
Het menselijk brein kan dit normaal gesproken wel, een fenomeen dat bekendstaat als het ‘cocktailparty-effect’. Juist dit vermogen proberen onderzoekers nu technologisch na te bootsen. Voor de studie, gepubliceerd in Nature Neuroscience, werkten de onderzoekers samen met epilepsiepatiënten die al elektroden in hun hersenen hadden voor medische monitoring. Deze elektroden maakten het mogelijk om hersensignalen direct te meten terwijl deelnemers luisterden naar twee overlappende gesprekken.
Analyse hersenactiviteit
Met behulp van machine learning analyseerde het systeem de hersenactiviteit en bepaalde het in real time op welke spreker de deelnemer zich richtte. Vervolgens werd automatisch het volume van dat gesprek verhoogd en het andere gedempt.
De resultaten waren opvallend: het systeem kon betrouwbaar detecteren welk gesprek de aandacht had en verbeterde de verstaanbaarheid aanzienlijk. Deelnemers gaven bovendien aan dat luisteren minder inspanning kostte en dat zij de technologie duidelijk prefereerden boven onbehandelde situaties.
De basis voor deze technologie werd al in 2012 gelegd, toen onderzoekers ontdekten dat specifieke patronen in hersengolven overeenkomen met spraakstructuren. Door deze patronen te koppelen aan audiobronnen, kan worden bepaald welke spreker iemand volgt.
Technische uitdagingen
In de afgelopen jaren zijn belangrijke technische uitdagingen overwonnen, zoals het automatisch scheiden van meerdere stemmen en het koppelen daarvan aan hersensignalen. De huidige studie is de eerste die aantoont dat dit ook daadwerkelijk in real time kan werken en direct voordeel biedt voor de gebruiker.
De impact van deze ontwikkeling kan groot zijn. Wereldwijd leven meer dan 430 miljoen mensen met ernstig gehoorverlies, volgens de Wereldgezondheidsorganisatie. Vooral in sociale situaties met veel achtergrondgeluid ervaren zij beperkingen, wat kan leiden tot isolatie, depressie en zelfs een verhoogd risico op dementie.
Hersengestuurde gehoortechnologie zou niet alleen deze groep kunnen helpen, maar ook bredere toepassingen hebben. Denk aan ondersteuning in klaslokalen, werkomgevingen of andere situaties waarin concentratie op spraak essentieel is.
Geïmplanteerde elektroden
Hoewel de resultaten veelbelovend zijn, staat de technologie nog aan het begin van de ontwikkeling. De huidige opzet maakt gebruik van geïmplanteerde elektroden, wat niet geschikt is voor grootschalig gebruik. Onderzoekers werken daarom aan minder invasieve methoden om hersenactiviteit te meten, bijvoorbeeld via draagbare sensoren.
Daarnaast moeten de systemen robuuster worden voor gebruik in complexe, realistische omgevingen. Denk aan situaties met meerdere sprekers, variabele akoestiek en onverwachte geluiden. Dit onderzoek is een belangrijke stap richting gehoorhulpmiddelen die zich aanpassen aan de omgeving van de gebruiker. In plaats van passieve versterking ontstaat een interactieve technologie die samenwerkt met het brein. Als deze ontwikkeling doorzet, kan dat de manier waarop mensen communiceren in rumoerige omgevingen fundamenteel veranderen.
Right Hearing project
Vorig jaar werd in het kader van het Right Hearing project een innovatief hoorsysteem ontwikkeld dat communicatie in rumoerige omgevingen moet verbeteren. Met een Europese subsidie van 738.000 euro werken Beephonix, het Radboudumc en Absolute Audio Labs samen aan deze technologie, die gebruikmaakt van microfoonarrays en geavanceerde Digital Signal Processing (DSP).
Het systeem filtert storend achtergrondgeluid en richt zich op de stem van de gesprekspartner, waardoor slechthorenden gesprekken beter kunnen volgen in drukke situaties zoals restaurants of werkplekken. De partners combineren expertise in microfoontechnologie, audioprocessing en medisch onderzoek.
