Nu kan Oticons høreapparat køre et neuralt netværk med et strømforbrug på under 1 milliwatt

Forskningen bliver bedre og bedre til at forstå, hvordan hjernen processerer lyd. Det påvirker udviklingen af høreapparater.

Ny forskning viser, at hjernens hørecenter bearbejder lyd på to niveauer simultant. Det orienterende undersystem scanner det komplette lydbillede for at skabe overblik, f.eks. hvis man sidder med sin familie på en travl restaurant. Det fokuserende undersystem prioriterer lydbilledet og udvælger de lyde, der kræver mest opmærksomhed, mens det irrelevante filtreres fra.

Opmærksomheden og prioriteringen kan skifte lynhurtigt, enten frivilligt eller ufrivilligt, alt efter hvad der sker omkring én.

Desuden er der en tæt sammenhæng mellem høresundhed og hjernesundhed. Forskningen indikerer, at god hørelse hjælper hjernen med at holde sig i form, og en sund hjerne kan afhjælpe mange andre helbredsproblemer.

DSP på en ny måde

I Oticon veksler man forskningen til teknologi og arbejder med signalprocessering ud fra andre principper end de konventionelle.

»Lad os tage restauranten,« forklarer Elaine Hoi Ning Ng, Principal Researcher på Oticons Center for Applied Audiology Research.

»I den situation vil konventionel signalprocessering arbejde med det man kalder narrow beamforming. Høreapparatet fokuserer på den lyd, der kommer fra den person du vender ansigtet mod, ud fra den antagelse, at det er her din opmærksomhed ligger. Samtidig blokerer apparatet for den lyd, der kommer fra andre retninger.«

»Men det er ikke den måde hjernen faktisk processerer lyd på. Derfor forsøger vi i stedet både at forstærke det man har direkte opmærksomhed på, samtidig med at give adgang til al anden lyd i lokalet, på en klar og balanceret måde.«

Algoritme-bygger

Jesper Jensen, Senior Principal Scientist i afdelingen Audiology and Embedded Systems, er en Oticons algoritme-byggere med ansvar for signalprocessering. Han fortæller, at brugere af høreapparater ikke vil leve i en boble.

De foretrækker balance. De ønsker at høre alt hvad der foregår omkring dem. Men samtidig har de brug for et apparat, der ændrer balancen i lydbilledet, så det vigtige og relevante skubbes i forgrunden. Resten klarer hjernen selv.

»For at levere den balance har vi bygget et neuralt netværk, der filtrerer lyden. Det er trænet på 12 mio. lydbilleder fra det virkelige liv, optaget med en specialudviklet 360 graders kugleformet mikrofon. Vi er de første, der har bygget et dybt neuralt netværk ind i et høreapparat. Det er noget vi er virkelig stolte af.«

1 milliwatt strømforbrug

»Hvis du dykker ned i universitetslitteraturen, kan du læse, at neurale netværk er store og har brug for masser af hukommelse og computerkraft. Det har vi bare ikke i et batteridrevet høreapparat. Godt nok har vi nogle virkelig kraftige chips, som vi designer selv. Men samtidig må apparatets strømforbrug ikke overstige 1 milliwatt. Til sammenligning, så forbruger en smartphone omkring 500 milliwatt.«

»Det har været en kæmpe udfordring for os. Men det er lykkedes at køre et neuralt netværk på de betingelser og dermed skabe et produkt, der virkelig gør en forskel for brugeren. Vi har fået nogle fantastiske tilbagemeldinger fra dem. Det handler egentlig bare om at ændre lydbalancen en smule, men på den helt rigtige måde. Så gør hjernen resten af arbejdet.«

Teknologien kaldes Oticon More. Ifølge Elaine Ng leverer hjerneforskningen ikke kun grundlaget for produktudviklingen. Man bruger den også til at afprøve de nyudviklede apparaters ydeevne og effekt på brugeren.

Pupillometri

Hun anvender bl.a. EEG til at undersøge, hvordan hjernen reagerer på forskellige lyde, for på den måde at evaluere et nyt produkt. En anden metode er pupillometri, der registrerer ændringerne i pupilstørrelse, når en forsøgsperson udsættes for forskellige lydkilder. Dette er en indikation for, hvor meget energi man bruger på at identificere lyde.

Jo flere mentale ressourcer man bruger, jo mere udvides pupillerne. Den nyeste litteratur viser ydermere, at hjertefrekvensen også stiger, ifølge Elaine Ng.

Desuden undersøger hun og hendes kolleger, hvordan et høreapparat påvirker brugerens evne til at huske. Jo bedre apparatet virker, jo flere ressourcer frigøres til hukommelsen.

»Når ingeniørerne har bygget en prototype, kan de gå til os for at få den valideret,« forklarer hun.

»Vi udfører mange konventionelle lyttetest med brugere. Men vi kan også måle direkte på hjernen og undersøge via pupillometri, om det gør en forskel for brugeren. Nedsætter det den mængde energi, hjernen skal bruge på at filtrere uvedkommende lyde fra? Hvis vi kan dokumentere, at det nye produkt er bedre end det gamle, så har vi en sag. Hvis ikke, må udviklerne tilbage og starte forfra.«

Hjernen skal stimuleres

Ny forskning indikerer, at der er en sammenhæng mellem lydmæssig og visuel stimulering og kognitiv tilbagegang. Det kognitive forfald accelereres, hvis din hjerne ikke modtager nok lyd til at kunne få mening ud af den, som det er tilfældet med ubehandlet høretab.

Hjernen skal arbejde hårdere for at orientere sig i sine omgivelser og det betyder færre ressourcer til andre ting. Konsekvenserne kan bl.a. være nedsat koncentration, indlæringsevne og balanceevne, samt social isolation og depression. Der er også indikationer på, at et ubehandlet høretab øger risikoen for demens og Alzheimers.

På den måde er der mange gode grunde til at det tætte parløb mellem forskere og udviklingsingeniører i Oticon. Og netop den stærke fokus på forskning er Oticon kendt for i høreapparatbranchen, bl.a. via sit anerkendte, uafhængige forskningscenter Eriksholm.

»Som udvikler kan du virkelig gøre en forskel her,« mener Jesper Jensen.

»Du kan hjælpe folk, der har brug for hjælp. Det er en stor motivation for os alle sammen. Og så bliver det jo bare endnu bedre af, at vi skal løse nogle super interessante og vanskelige opgaver. Én ting er at konstruere en device, når du har masser af strøm og masser af plads. Vi har ingen af delene. Vi har meget lidt strøm og meget lidt plads, så vi har brug for de bedste folk til at knække den nød. Desuden få man mulighed for at arbejde tværfagligt. Det synes jeg vi er rigtig gode til her.«

Elaine tilføjer, at høreapparatbranchen udvikler sig hele tiden. Det gælder både teknologien, hvor ny forskning bygger fundamentet for endnu bedre produkter, men også elektronik, hardware og software, der skrumper rent fysisk samtidig med at det bliver stadig mere højtydende. Desuden kobles høreapparater i stigende grad sammen med andre devices, som f.eks. smartphones.

Ikke mindst kommer der et stærkt udviklingspres fra brugerne:

»Brugerne udfordrer os hele tiden. De forlanger altid mere, også selvom vi lige har lanceret det vi synes er et perfekt produkt. De kommer altid tilbage med forslag til forbedringer og det er en kæmpe motivation for os.«

Få et overblik over Oticons ledige stillinger her: https://www.oticon.global/about/jobs/careers/open-positions