Музыка и кохлеарные импланты. Часть 2

Информация к размышлению: Бимодальная стимуляция и восприятие музыки Создана новая серия тестов для оценки восприятия музыки. Серия тестов, использованная в этих исследованиях, проявила себя как полезное средство оценки музыкального звучания с помощью кохлеарной имплантации и/или слуховых аппаратов. Согласно полученным результатам, бимодальное стимулирование оказалось наиболее выигрышным для восприятия и оценки качества музыки. Требуются дальнейшие исследования при участии большей группы пользователей СА, пользующихся бимодальными слуховыми средствами. В настоящее время в 12 клиниках восьми европейских стран проводятся широкомасштабные исследования, в которых участвуют новые пользователи КИ, и используется тот же самый набор тестов, что и в описанных выше исследованиях. Музыкальные тесты проводятся до операции, а затем через три и шесть месяцев после активации импланта.

Оценка музыки в условиях меняющегося динамического диапазона

Многие пользователи КИ утверждают, что сложную музыку (такую, как классическая музыка в исполнении оркестра) труднее воспринимать, чем простую музыку (такую, как игра на одном инструменте). Это может быть связано с тем, что динамический диапазон сложной музыки значительно больше, чем простой музыки или речи (до 50-60 дБ УЗД, в отличие от 30-40 дБ УЗД).

Пять взрослых испытуемых (имплантированные системой Nucleus) приняли участие в опытных тестах в университетском госпитале Цюриха. У всех до имплантации была тяжелая прогрессирующая потеря слуха с минимальным остаточным слухом. Испытуемые пользовались своими имплантами в среднем  в течение 15 месяцев. Их средний возраст составлял 47 лет (от 38 до 55 лет). Они не имели профессионального музыкального образования; некоторые из них играли на каком-нибудь инструменте до наступления потери слуха. Исследования оценивали влияние мгновенного входного динамического диапазона IILD и ADRO на оценку музыки.

ADRO – один из вариантов обработки входных сигналов (все вместе они называются Nucleus Smart Sound), предлагаемых системой Nucleus Freedom.

IILD – мгновенный входной динамический диапазон, доступный в любой момент времени, т.е. диапазон слышимого сигнала между началом стимуляции (T-SPL) и достижением комфортного уровня стимуляции (C-SPL), когда включается автоматическая регулировка усиления (АРУ). Его можно сравнить с другим термином, входным динамическим диапазоном, который означает полный диапазон доступного для обработки входного сигнала, то есть, IILD плюс дополнительный диапазон компрессии АРУ.

Чтобы оценить воздействие IILD на входной сигнал, проигрывались разные музыкальные пьесы для четырех разных видов распределения частот, имеющих разные параметры IILD. Тесты проводились как в лаборатории, так и в виде домашнего задания. Серия субъективных музыкальных тестов оценивала качество пяти стилей сложной музыки: классика, поп, джаз, вокал и инструментальная музыка. Испытуемые слушали каждый стиль при четырех разных случайных распределениях частот с уровнем громкости 70 дБ УЗД. Они оценивали свои слуховые ощущения по пяти критериям: музыкальность звучания, естественность, четкость, уместность тихих и громких пассажей. Испытуемые сообщали, если общий уровень звука был слишком высоким или слишком низким, после чего специалисты могли откорректировать уровень на - 6 дБ, + 6 дБ и + 12 дБ.

Во время домашних испытаний пользователи КИ оценивали качество 20 музыкальных произведений, записанных на CD.

Меняющийся IILD подстраивал входную динамику звукового процессора к эффективному динамическому диапазону сигнала звукового источника. На выходе система Freedom дает высокоточное распределение громкости, используя дискретные текущие уровни для кодировки громкости, а также небольшие вариации номинальной ширины импульса. Теоретически эта новая схема распределения громкости позволяет добиться чрезвычайно маленького разрешения громкости величиной всего 0,01 дБ. Расширенный диапазон IILD (который покрывает динамический диапазон музыки), предназначенный для передачи звукового сигнала без компрессии и искажений, в дополнение к новому алгоритму распределения громкости, потенциально может улучшить качество звука для пользователей КИ.

ADRO – адаптивный алгоритм подавления шума, который улучшает разборчивость звука для пользователя КИ, изменяя усиление отдельных каналов в зависимости от звуков окружающей среды. Принято считать, что не изменяющиеся каналы несут шум, поэтому они приглушаются, а динамично изменяющиеся каналы несут информацию, поэтому они усиливаются. Сегодня у нас имеется мало данных о том, как  ADRO обрабатывает музыку, и как пользователи КИ оценивают его влияние на качество сигнала.


При выборе подходящих музыкальных записей исследователи обнаружили, что динамический диапазон музыки никогда не был таким высоким, как ожидалось (50 дБ и более). Максимальный диапазон составил примерно 46 дБ для классической оркестровой музыки, а также для популярной, джазовой и инструментальной музыки (пианино), смотри Рисунок 1. В случае поп-музыки такой высокий динамический диапазон имели лишь старые записи. Сегодня существует тенденция сжимать (жестко ограничивать) музыку, особенно таких стилей, как поп и рок, так что динамический диапазон снижается до менее чем 20 дБ. Следовательно, польза IILD, превышающего 50 дБ, находится под вопросом.

Самый оптимальный IILD для всех музыкальных произведений составил 40 дБ (это соответствует величине, установленной по умолчанию в процессоре Nucleus Freedom). Для музыкальных пьес с высоким динамическим диапазоном предпочтение было более выраженным, чем для пьес с низким динамическим диапазоном. Более высокие значения IILD (50 дБ) оказались менее предпочтительными для всех музыкальных произведений с разными динамическими диапазонами.


Для поп-музыки, джаза,  пения и инструментальной музыки выраженной разницы в предпочтении 30 или 40 дБ IILD обнаружить не удалось. Но для классической музыки величина 40 дБ IILD явно была предпочтительна другим динамическим диапазонам. Частично это можно объяснить за счет отбора музыкальных произведений для тестов.

Информация к размышлению: влияние динамического диапазона на оценку качества звучания музыки. По данным исследований рекомендуемый IILD для музыки равен 40 дБ. Однако в случае особой чувствительности к восприятию, музыке с высоким динамическим диапазоном может соответствовать величина 50 дБ IILD. В повседневной жизни динамический диапазон большинства музыкальных произведений вряд ли достигнет такой величины. IILD 40 дБ соответствует значению, оптимальному для восприятия речи.

Восприятие музыки с помощью бимодальной стимуляции: исследование, проведенное в Австралии

Сачер и его коллеги из Мельбурнского университета в настоящее время исследуют восприятие музыки у пользователей КИ, особенно у людей, которые могут получить пользу от бимодальной стимуляции. Сегодня исследования сосредоточены на трех главных группах испытуемых:

• Постлингвально оглохшие взрослые, которые пользуются имплантом больше 6 месяцев.
• Прелингвально оглохшие дети, которые пользуются имплантом больше 6 месяцев.
• Постлингвально оглохшие взрослые с круто ниспадающей диаграммой потери слуха, которые прошли имплантацию во время исследований.

Бимодальная стимуляция и восприятие музыки у взрослых

В общей сложности девять постлингвально оглохших взрослых, имеющих опыт использования импланта,  участвовали во всех сразу или в нескольких экспериментах. Все они постоянно носили СА на противоположном, не имплантированном ухе. Они выполняли задания, в которые входило распознавание знакомых мелодий с удаленными ритмическими характеристиками, из закрытого списка размером 7 штук, распознавание звуков музыки и окружающей среды из закрытого списка размером 16 штук.

Помимо этого их попросили дать субъективные оценки качества музыки и окружающих звуков. Тесты проводились в трех вариациях: при использовании только импланта, только СА и бимодальной стимуляции (одновременно имплант и СА). Стимулы подавались в свободном звуковом поле посредством звукозаписи с уровнем громкости примерно 65 дБ (А). Суммарные результаты представлены на Рисунке 4.

В среднем показатели распознавания мелодии оказались выше для бимодальной или только акустической стимуляции, чем при использовании только импланта. Из трех тестовых условий бимодальная стимуляция дала наилучшие результаты при идентификации звуков музыки и окружающей среды. Воспринимаемое качество звука, которое оценивалось по шкале баллов, также оказалось наивысшим для бимодальной стимуляции.


Хотя большинство испытуемых не имели остаточного слуха на не имплантированном ухе на частоте свыше 750 Гц, бимодальная стимуляция дала значительное улучшение восприятия музыки и субъективного качества ее звучания, по сравнению с результатами, полученными только при  электрической стимуляции.

Бимодальная стимуляция и восприятие музыки у детей

В Мельбурне были проведены дополнительные исследования, чтобы определить, может ли ребенок, пользующийся КИ, слушать музыку посредством импланта и испытывать при этом те же ощущения, что и взрослые пользователи. Большинство исследований, в которых участвовали дети - пользователи КИ, было посвящено их способности распознавать речь. Однако постоянное улучшение восприятия речи привело к следующему: сегодня, когда родители решаются на имплантацию для своих детей, они обычно ожидают, что дети будут принимать участие во многих видах учебной и социальной активности, в число которых они включают и музыку. Хотя мнение о восприятии музыки у детей с КИ может быть составлено по результатам исследований, в которых участвовали взрослые, не следует считать, что эти результаты точно и полно отражают способности к восприятию музыки у детей-пользователей КИ. Кохлеарная имплантация до приобретения навыков восприятия музыки может привести к значительному снижению способности прослушивания музыки. И наоборот, ребенок с КИ может адаптироваться к музыкальному сигналу плохого качества, слышимому посредством импланта, и научится воспринимать музыку.

Исследования, недавно проведенные в Мельбурне, фиксировали и сравнивали восприятие и оценку музыки для небольшой группы детей в возрасте 9-16 лет, как имеющих нормальный слух, так и пользующихся КИ. 11 детей-пользователей КИ и 11 детей с нормальным слухом участвовали в изучении восприятия музыки. Восприятие мелодии оценивалось с помощью тонального теста, взятого из РММА (простейшие измерения восприятия музыки). Детям предъявляли пары коротких мелодий и просили определить, одинаковые это мелодии или разные. Для оценки восприятия тембра детей просили опознать записи игры на разных инструментах, входящих в закрытый набор из 12 элементов. Тембр оценивался с помощью тех же звуковых сигналов; дети должны были дать каждому сигналу оценки от одного (совсем не нравится) до пяти (очень нравится). Тесты также проводились при бимодальной стимуляции для 7 из 11 детей, которые имели остаточный слух в не имплантированном ухе.


Результаты показаны на Рисунке 5. В среднем результаты, полученные для детей с КИ, объективно оказались хуже и имели больший разброс, чем результаты их нормально слышащих сверстников, как в тесте РММА, так и в тесте по идентификации инструментов. Однако и дети с КИ, и нормально слышащие дети дали одинаковые оценки тембра. Следовательно, хотя дети-пользователи КИ могут иметь трудности при восприятии музыкальных звуков, аналогичные тем, которые испытывают взрослые пользователи, они оценивают музыку так же, как нормально слышащие дети.

Результаты предварительного сравнения между электрической (только один КИ) и бимодальной стимуляцией приведены на Рисунке 6. Они говорят о том, что, в отличие от взрослых пользователей КИ, бимодальная стимуляция не дает выраженного улучшения восприятия музыки у детей с КИ. Пока неясно, чем вызвана такая разница пользы бимодальной стимуляции – изменениями тестовой процедуры или величиной остаточного слуха в не имплантированном ухе. Возможно, что взрослые, слух которых ухудшался с течением времени, и которые прошли имплантацию после получения навыков восприятия музыки, способны получить большую отдачу от акустического сигнала слухового аппарата, в отличие от детей. Планируются дальнейшие исследования для изучения этого вопроса.

Бимодальная стимуляция и музыкальные звуки для круто ниспадающей аудиограммы потери слуха.

Третья группа испытуемых, для которой оценивалось восприятие музыки, включала в себя пять взрослых с круто ниспадающей аудиограммой. Эти люди не соответствовали современному клиническому критерию для проведения кохлеарной имплантации, главным образом потому, что имели относительно хорошие пороги слышимости на низких частотах. Однако, они получали минимальную пользу от акустических СА. После имплантации они были протезированы двумя слуховыми средствами, КИ и СА, настроенным таким образом, что он давал дополнительную высотную информацию. В частности, акустические сигналы  подавались с соответствующим усилением только в слышимом диапазоне частот, для обработки естественным слухом в не имплантированном ухе или в обоих ушах, в то время как электрическая стимуляция через КИ проводилась только для высоких частот. Испытуемые в течение трех месяцев пользовались этим экспериментальным «высотным» распределением частот в своих КИ, а затем, в течение следующих трех месяцев пользовались традиционным клиническим распределением частот. В этот период они продолжали пользоваться и акустическими СА. Традиционное и экспериментальное распределение частот в каждом случае представлено на Рисунке 7.


Для этой группы испытуемых оценивалось как разборчивость речи, так и восприятие музыки. Разборчивость речи оценивалось с помощью теста CNC (речевой тест с использованием односложных слов в тихой обстановке), консонантного теста в тишине и теста CUNY (речевой тест с использованием набора фраз в присутствии шума). Восприятие музыки оценивалось с помощью тестов распознавания мелодии, идентификации звука и оценки качества, описанных выше. В дополнение к этому оценивалось высотное восприятие с помощью теста классификации высот, в котором испытуемым предъявляли пары пропетых гласных,  отличающихся на пол-октавы, и просили сказать, какая гласная имеет более высокий тон.

Полученные результаты показали лишь небольшую разницу при идентификации мелодии, восприятия окружающих звуков, восприятия высоты и оценки качества звучания, если сравнивать результаты до операции, полученные с помощью бинауральных СА, и результаты после операции, полученные с помощью бимодальной стимуляции. Однако результаты, полученные при использовании только одного КИ, в среднем оказались хуже при распознавании мелодии, оценки качества звучания и оценки высоты, чем результаты для бимодальной стимуляции или для работы одних СА.

У каждого испытуемого были обнаружены значительные улучшения восприятия речи по сравнению с результатами тестов до операции, полученных с помощью бинауральных СА. Для тестов в шумной обстановке наилучшие результаты были получены, когда испытуемые использовали имплант вместе со слуховым аппаратом. Судя по всему, экспериментальное и традиционное распределение частот дало одинаковые результаты как для восприятия музыки и речи, так и для качества звучания.

Информация к размышлению: бимодальная стимуляция у детей и взрослых Суммируя все вышесказанное, бимодальная стимуляция может быть полезной для постлингвально оглохших взрослых с остаточным низкочастотным акустическим слухом, не только для понимания речи, но и для прослушивания музыки и других неречевых звуков. Однако требуются дальнейшие исследования, чтобы определить, можно ли добиться аналогичных улучшений  для прелингвально оглохших детей-пользователей КИ, у которых сохранился остаточный слух после имплантации.

Примечание. Отсутствие уточнений означает, что результаты исследований распространяются на кохлеарные импланты сразу трех производителей (Cochlear Limited, Med-El, Advanced Bionics). Кроме того, представленные данные не относятся к бинауральным владельцам кохлеарных имплантов.