Saúde

O aparelho auditivo cognitivo filtra o ruído

Avanços importantes em ajudar deficientes auditivos acompanham uma conversa em um ambiente barulhento: o novo método traz os aparelhos auditivos cognitivos um passo à frente da realidade

As pessoas com deficiência auditiva têm dificuldade em seguir uma conversa em um ambiente com vários alto-falantes, como um restaurante barulhento ou uma festa. Embora os aparelhos auditivos atuais possam suprimir o ruído de fundo, eles não podem ajudar o usuário a ouvir uma única conversa entre muitos sem saber a qual orador o usuário está atendendo. Um aparelho auditivo cognitivo que monitore constantemente a atividade cerebral do sujeito para determinar se o sujeito está conversando com um falante específico no ambiente seria um sonho realizado.

Usando modelos de redes neurais profundas, pesquisadores da Columbia Engineering fizeram um grande avanço nos métodos de decodificação de atenção auditiva (AAD) e estão se aproximando de tornar os aparelhos auditivos cognitivamente controlados uma realidade. O estudo, liderado por Nima Mesgarani, professor associado de engenharia elétrica, é publicado no Journal of Neural Engineering . O trabalho foi realizado em colaboração com o Departamento de Neurocirurgia do Columbia University Medical Center e com a Escola de Medicina Hofstra-Northwell e com o Instituto Feinstein de Pesquisa Médica. DEMO: http://naplab.ee.columbia.edu/nnaad.html

A equipe de Mesgarani desenvolveu um sistema de ponta a ponta que recebe um único canal de áudio contendo uma mistura de alto-falantes por um ouvinte junto com os sinais neurais do ouvinte, separa automaticamente os falantes individuais na mistura, determina qual alto-falante está sendo ouvido e amplifica a voz do orador atendido para ajudar o ouvinte – tudo em menos de 10 segundos.

“Este trabalho combina o estado-da-arte de duas disciplinas: engenharia da fala e decodificação da atenção auditiva”, diz Mesgarani, que também é membro do Data Science Institute e do Instituto Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior. “Fomos capazes de desenvolver este sistema uma vez que fizemos o avanço no uso de modelos de redes neurais profundas para separar a fala.”

Sua equipe surgiu com a ideia de um aparelho auditivo cognitivamente controlado depois que eles demonstraram que era possível decodificar o alvo assistido de um ouvinte usando respostas neurais no cérebro do ouvinte usando gravações neurais invasivas em humanos (Nature 2012). Dois anos depois, eles mostraram que também poderiam descodificar a atenção com métodos não invasivos (Cerebral Cortex 2015).

“Traduzir essas descobertas para aplicações do mundo real traz muitos desafios”, observa James O’Sullivan, um cientista de pesquisa de pós-doutorado que trabalha com Mesgarani e principal autor do estudo. Em uma implementação típica da decodificação da atenção auditiva, os pesquisadores comparam as respostas neurais registradas do cérebro de um sujeito com a fala limpa proferida por diferentes falantes; o falante que produz a máxima semelhança com os dados neurais é determinado como sendo o alvo e é subseqüentemente amplificado. No entanto, no mundo real, os pesquisadores têm acesso apenas à mistura, não aos falantes individuais.

“Nosso estudo dá um passo significativo no sentido de separar automaticamente um orador participante da mistura”, continua O’Sullivan. “Para isso, criamos modelos de rede neural profunda que podem separar automaticamente os alto-falantes específicos de uma mistura. Comparamos então cada um desses alto-falantes separados aos sinais neurais para determinar qual voz o sujeito está ouvindo e amplificamos essa voz específica para o ouvinte.”

A equipe testou a eficácia de seu sistema usando registros eletrocorticográficos invasivos de indivíduos neurológicos submetidos à cirurgia de epilepsia. Eles identificaram as regiões do córtex auditivo que contribuem para a AAD e descobriram que o sistema decodificou a atenção do ouvinte e amplificou a voz que ele ou ela queria ouvir, usando apenas o áudio misto.

“Nosso sistema demonstra uma melhora significativa nas medidas de qualidade subjetiva e objetiva da fala – quase todos os nossos sujeitos disseram que queriam continuar a usá-lo”, diz Mesgarani. “Nossa nova estrutura para DAA preenche a lacuna entre os avanços mais recentes em tecnologias de processamento de fala e pesquisa de próteses de fala e nos aproxima do desenvolvimento de dispositivos auditivos realistas que podem rastrear automaticamente e dinamicamente a direção de atenção de um usuário e amplificar um palestrante assistido ”

Fonte da história:

Materiais fornecidos pela Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Columbia . Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e tamanho.

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