Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Nu får høreapparatet kunstig intelligens. Hvabehar?

Siden høreapparatet sprang fra forstærkerrør til transistorer, er udviklingen bare fortsat og fortsat. I dag er høreapparater små digitale IoT-computere og kan det mest utrolige. Men en endnu mere utrolig fremtid venter lige om hjørnet.

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

For 60 år siden beskrev lægevidenskaben generelt det at være tunghør med ikke at kunne høre svage lyde og diskanttoner, og hørehæmmede blev tilbudt hjælp af et tungt høreapparat med radiorør og et tilsvarende stort 45 V batteri i lommen. Det var i realiteten blot en forstærker, der mere eller mindre blot forstærkede alle lyde lige over. Men så enkelt fungerer høresansen ikke, og det har vist sig, at høretab kan være endog meget sammensat og kompliceret.

Går du til ørelæge eller audiolog for at blive undersøgt for nedsat hørelse, vil du typisk få foretaget en høreprøve, hvor dine ører bliver testet gennem en række toner med forskellig styrke. På den måde kan behandlerne klarlægge, hvilke frekvenser, du har svært ved at høre, og ved hvilke lydstyrker, dit eventuelle høretab gør sig gældende. Resultatet er en grafisk kurve kaldet et audiogram. Men et audiogram viser bare ikke hele sandheden. Meget afhænger eksempelvis af personens subjektive opfattelse og måde at bruge sin hørelse på.

Intensiv dansk forskning

Men nu om dage har udviklerne af høre-apparater mange nye og stærke kort på hånden. ”Du kan sige, at vi arbejder inden for både audiologi, digital signalbehandling, akustik og computervidenskab,” forklarer Ph.D. Niels Henrik Pontoppidan, der er Research Area Manager ved afdelingen for Augmented Hearing ved Eriksholm Research Center i Snekkersten.

”Og vi har især fokus på tre spørgsmål. 1) Hvad mangler vi at vide, 2) hvordan kan vi opnå den viden i såvel laboratoriet som ude i den virkelige verden og 3) kan vi udnytte intelligente algoritmer, dybe neurale netværk og maskinlæring til at kompensere for forskellige former for høretab? En af de helt typiske gener ved tab af høreevne,” fremhæver Niels Pontoppidan, ”er ikke bare at have svært ved at høre navnlig højfrekvente toner og lyde, men frem for alt ikke at kunne skelne stemmer. Og særlig vanskeligt føles det i støjfyldte omgivelser. Samtale i et stille lokale på tomandshånd er ikke noget problem, men sidder fire personer og snakker indbyrdes med hinanden eller i munden på hinanden, og er der så tilmed støj i omgivelserne, kan det være næsten umuligt for en person med høretab at følge med. Det er ikke en udfordring, der nødvendigvis afspejles i audiogrammet, for to personer med næsten ens hørekurver kan opleve vanskelighederne meget forskelligt.

”Sagen er jo, uddyber Niels Pontoppidan, ”at forskellige stemmer kan benytte sig af de samme frekvenser endda på skift, sådan at nogle bestemte frekvenser først kan tilhøre én bestemt stemme og derpå pludselig en anden. Helt forrygende bliver det, hvis stemmerne kommer fra samme retning og mumler i munden på hinanden. Hjernen er generelt meget god til at adskille den type information på grundlag af retningsfornemmelse og rumopfattelse, hvis hørelsen er normal, men hørehæmmede har ikke samme ”overskud”. Alligevel forsøger hjernen at få noget fornuftigt ud af de signaler, den modtager, men det koster selvsagt ekstra energi og kan også medføre stress,” forklarer Niels Pontoppidan.

Hørehjælpens tre grundformer

De nyeste høre-apparater kan bæres næsten skjult inde i øregangen og er på det nærmeste usynlige. Den bittelille ”perle” midt i øret er den knop, hvormed du kan få fat i apparatet igen!

I dag produceres hovedsageligt høreapparater som hørebriller (hvor elektronikken er indbygget i stellet), ørehængere eller in-ear- modeller. Valget vil udover faktorer som størrelse, smag og design afhænge af brugerens form for høretab og grad af høretab, der også er afgørende for høreapparatets teknologi til lydoverførsel.

Den almindeligste og mest anvendte type er det akustiske høreapparat, der ganske simpelt og lidt firkantet beskrevet består af en mikrofon, en computerstyret forstærker og en højttaler (en øreprop). Denne type kan både være udformet som hørebriller, som ørehænger til at blive båret bag øret eller som små in-ear-apparater, der kan sidde næsten usynligt og skjult i øregangen.

Skal apparatet kunne fungere sammen med en telefon eller teleslynge, udelukker det dog denne mindste modeltype, da disse spolebaserede faciliteter fylder en del ud over den anden nødvendige apparatelektronik. En speciel type ørehænger, hvor lydoverførslen sker via benforankring er specielt egnet til brugere, der enten er døve på kun det ene øre eller har problemer med mellemøret.

På disse apparater er højttaleren (øreproppen) erstattet med en vibrator, som klikkes på en indopereret titaniumskrue mellem kranie og det benforankrede høreapparat. I princippet kan du opnå det samme ved benledning, hvor vibratoren trykkes mod huden ved øret, men for at få den bedste lydkvalitet bliver benforankring ofte foretrukket for benledning.

Den mest effektive løsning er et såkaldt ”cochlear implant”, der består af en ekstern mikrofon, en taleprocessor, en forstærker samt en signaloverførselsenhed bag øret og en indopereret modtager med en elektrode, der stimulerer nervefibrene direkte i øresneglen (cochlea) i det indre øre, hvorfra impulserne går videre til hørenerverne i hjernen. Evnen til at skelne og separere lyde og stemmer fra hinanden afhænger imidlertid ikke af, om du bruger et traditionelt høreapparatet eller et apparat forsynet med benledning, benforankring eller et cochlear implant.

Det er først og fremmest graden af høretab, der afgør, om du har brug for den ene eller den anden lydoverførselsteknologi. De bedste sæt konventionelle akustiske høreapparater koster i dag omkring 10-20.000 kroner. Du skal dog huske, at prisen ikke bare dækker apparatet, men også service, viden og rådgivning. Der produceres ca. 10 mio. apparater på verdensplan om året.

Avanceret teknik for tres år siden

De første moderne høreapparater forsøgte for det meste at lydfiltrere sig ud af problemerne, og virkede ligefrem som en veritabel equalizer altså en udvidet tonekontrol. Apparatet blev så indstillet til at udjævne (equalize) hørekurven, men det gik ofte ud over balancen i lydbilledet og gav problemer med overforstærkning af kraftige lyde og underforstærkning af svage lyde. Det søgte industrien så løst ved at indføre companderkredsløb (der automatisk kunne løfte svage lyde og tilsvarende dæmpe kraftige) og på den måde levere en slags omvendt dynamisk spejlbillede af brugerens hørekurve.

En anden forbedring var elektronisk støj-undertrykkelse, som dæmpede baggrundsstøjen i støjfyldte situationer. Princippet er det samme, som du kender fra mobiltelefoner, bortset fra at høreapparaters nyeste støj-undertrykkelsesalgoritmer er udviklet til at kunne fungere under alle forhold og være til at holde ud at bruge over en hel dag.

I modsætning hertil skal mobil støjundertrykkelse kunne fungere i vildt støjende omgivelser, hvor transmissionsbåndbredden og dermed kvaliteten yderligere kan svinge fra situation til situation, ligesom omkostningerne skal holdes på et konkurrencedygtigt niveau.

Nutidens høreapparater surfer på nettet

I dag er vi nået dertil, hvor høreapparaterne nærmest er små computere, og som enhver anden computer kan du i mange tilfælde også programmere dit høreapparat, så du bl.a. kan skifte mellem forskellige lydindstillinger på forskellige lokaliteter.

Nogle gange vil en allround støjundertrykkelse være på sin plads, mens du andre gange måske gerne vil åbne mere op for dine lydomgivelser. Og kan dit høreapparat gå på nettet, som de nyeste uden videre er i stand til, kan du opnå disse skift automatisk efter din geolokation. ”Apparatet etablerer netforbindelsen via en mobiltelefon og Bluetooth (Low Energy),” fortæller Niels Pontoppidan,

”idet Wi-Fi pt. kræver for meget strøm. Et høreapparat er rent faktisk i dag en IoT-enhed (Internet of Things), der kommunikerer med nettet og giver sin bruger en mængde nye fordele og funktioner som eksempelvis at få en sms, hvis dit barns høreapparat skal have nye batterier. Du kan tage en videokonsultation med din audiolog, der vil kunne indstille dit apparat over nettet. Du kan også streame lyd fra nettet direkte til dit høreapparat, som du derved kan betragte som en trådløs hovedtelefon. Omvendt kan høreapparatet også sende data om brugerens vaner og lydmiljøer hjem til udviklerne. Når den slags information logges fra 1000, 10.000 eller måske 100.000 brugere, bliver det muligt for udviklere, audiologer og ørelæger at hente uvurderlig viden om, hvordan brugerne kan hente det bedste ud af deres apparat.”

Godt 75 års udvikling, men forskellen er også tydelig.

Til trods for den på mange måder højt avancerede software er den grundlæggende computerteknologi egentlig ikke videre vild. Clockfrekvensen er eksempelvis overraskende lav og ligger nærmest kun på niveau med en gammel Commodore hjemmecomputer. Grunden er, at høj clockfrekvens suger strøm. Til gengæld sker der virkelig meget inden for hver eneste clock-cycle. Hukommelsen er med 10 MHz processor og en hukommelse på 4 Mbit Non Volatile Memory (NVM) som seneste industristandard heller ikke er imponerende.

Allerede i 2007 kunne du streame musik til dit høreapparat komplet med fjernbetjening.

3D-lyd med flere mikrofoner

Men til trods for utallige tekniske landvindinger er det stadig et af de helt centrale spørgsmål i Niels Pontoppi-dans afdeling, hvordan det er muligt at skabe et rumligt billede af lyden 360 grader rundt i et høre-apparat. Hvor tidligere høreapparater havde en mikrofon på selve apparatet og en højttalerprop i øret, har nye høreapparater to retningsbestemte mikrofoner, der ved brug af forskellige algoritmer er i stand til at isolere og selektivt forstærke de ønskede lyde, frekvenser og stemmer.

”Det, der skal til, er med andre ord specialtilpasset rumlig og selektiv lydforstærkning og lydbearbejdelse,” pointerer Niels Pontoppidan. ”Det vil kræve intensiv brug af kunstig intelligens i form af lag på lag af dybe neurale netværk, der efterhånden indretter deres afhjælpning efter den hørehæmmedes behov og vaner og desuden kan holde forskellige stemmer adskilt og eksempelvis sende dem til hver sit øre, hvorved en person med høretab har væsentlig lettere ved at opfange, hvad der bliver sagt.”

Niels Henrik Pontoppidan kom til Eriksholm Research Center i 2005 og leder i dag et forskningsteam, der undersøger, hvordan bl.a. avancerede deep learning algoritmer kan forbedre livet for hørehæmmede.

Men som al anden AI-baseret mønstergenkendelse skal sådanne algoritmer trænes. ”Og her er det fulde skridt simpelt hen at invitere de mennesker, som du er mest sammen med, til at afgive en stemmeprøve,” afgør Niels Pontoppidan. De udvalgte personer siger nogle repræsentative sætninger, som opfanges gennem mikrofonen i deres mobil, hvorpå en særlig app sender lyden videre til lagring og viderebearbejdelse. Det behøver kun at tage under fem minutter.

”Det kan måske virke såre lavpraktisk,” indrømmer Niels Pontoppidan, ”men frem for alt, skal teknologien jo bestå sin prøve i det virkelige liv, og derfor vil det ikke give videre mening at gøre proceduren mere vanskelig end nødvendigt. Men det forudsætter nye standarder for computerkraft, hukommelse og strømforbrug på et helt andet plan, end det er muligt i dag. Ikke desto mindre vil det helt sikkert blive fremtiden.”

Det unge og det gamle høretab

Rockkoncerter, hvor lydtrykket kan nærme sig smertegrænsen, er en af de hyppigste årsager til høretab hos yngre mennesker.

Som hovedregel skelner audiologer og ørelæger mellem støjfremkaldt høretab, som især rammer yngre mennesker, og demensbetinget høretab, der oftest viser sig med alderen.

Det var længe den almindelige opfattelse, at støjfremkaldt høretab var resultat af, at hørenerverne simpelt hen bliver slået ihjel af lydpåvirkninger over en vis lydstyrke, og en død hørenerve er gone for good og liver ikke op igen. Først gennem den sidste halve snes år, er unge menneskers hørelse dog blevet nøjere undersøgt, og det viser sig, at godt nok vil kraftige lydpåvirkninger altid ødelægge nogle hørenerver, men faktisk har høresansen en ganske forbløffende evne til at restituere sig, og der skal en del til, før du vil opleve mærkbart støjfremkaldt høretab.

Har du eksempelvis været til en heftig rockkoncert, kan du sagtens have betydeligt nedsat hørelse dagen derpå, men bare en eller et par uger efter synes du i de fleste tilfælde at kunne høre rimelig normalt igen. Sagen er, at vi bliver født med pænt mange hørenerver, og bliver nogle af dem ødelagt, vil andre være klar til at tage over, og hjernen vil så hente sin information fra disse sunde hørenerver, der er tilbage.

Hjernen, har forskerne fundet ud af, er nemlig eminent til at rekonstruere og gendanne de lyde, som den ud fra erfaring og fornuftige gæt, kan fornemme mangler. Men bliver øret til stadighed udsat for kraftigere lydtryk, end godt er, hensygner til sidst så mange nerveceller, at høreevnen samlet lider så stor skade, at der indtræder reelt høretab.

Men hvor det imidlertid ikke er muligt at forebygge høretab som følge af støj eller overdreven høj musik (bortset fra konsekvent brug af høreværn) har det vist sig, at demensbetinget høretab i mange tilfælde ligefrem kan modvirkes ved korrekt brug af høreapparat. Demens er typisk aldersbetinget, men kan også ramme yngre mennesker som resultatet af forskellige sygdomme, der svækker hjernefunktionerne.

Svækket hørelse fratager dig mange af de lydindtryk, som også er med til at holde din hjerne aktiv. Det medfører igen, at du kan føle dig isoleret og uden for verden og fællesskab, og det fører igen til forværret demens. Den bedste kur mod demens er at holde hjernen i gang og i brug på alle måder. Og her kan et høre-apparat hjælpe med til at holde hørelsen aktiv.

Mobilen som hørehjælp

Du kan spørge hvorfor i alverden producenter af høreapparater ikke går sammen med producenter af mobiltelefoner og app-udviklere. En mobiltelefon er jo et relativt kraftigt og processorstærkt apparat med stort genopladeligt batteri. Men mobilproducenterne virker ikke alt for interesserede, da prisen for den langt mere avancerede teknologi i høreapparater måske er alt for høj.

Det normale øres omfang (til venstre) er referencen for alle hørekurver. Men ved de fleste typiske høretab, svækkes evnen til at opfatte de højere
frekvenser, og mange lyde går tabt (midterbilledet). Den rene ørekurve for venstre og højre øre taler for sig selv.

Desuden er høreapparaters elektronik optimeret til kortest mulige tidsforsinkelse (mange hørehæmmede støtter sig jo også til mundaflæsning, og så skal lyden jo helst også kunne følge med, hvilket højst tillader en tidsforsinkelse på 10 ms. Desuden skal alle funktioner virke ved lavest mulige strømforbrug.

Direkte hjerne/høreapparat-forbindelse

Ud over afdelingen for Augmented Hearing omfatter Eriksholm Research Center også en afdeling for Cognitive Hearing, der undersøger, hvordan hjernen bearbejder lydindtryk og forsøger at klarlægge kommunikationen mellem øret og hjernen.

Et af perspektiverne ved denne forskning er at gøre det muligt at betjene og indstille dit høreapparat blot ved at tænke og ønske det. Her arbejder forskerne med at udvikle metoder, hvor øjnenes blikretning styrer høreapparatet, så du automatisk får fremhævet stemmen fra den person, du kigger på og undertrykt andre lyde. Dine sanser er nemlig særdeles målbevidste, og din hjerne kan så at sige ”tune” sig ind efter, hvad du ønsker at høre. Det gælder med andre ord om at kunne registrere, hvad du lytter efter i en given situation.

Det er ikke helt ligetil at presse velfungerende elektronik ind i et lille apparat. De første in-ear-modeller var ganske vist små, men deres elektronik kunne ikke levere nogen særlig acceptabel ydelse.appe

Ved at måle så tæt på hjernen som muligt, og det kan – meget bekvemt for et høreapparat – være i øregangen, kan du registrere de kraftige elektriske potentialer dine øjne afgiver, når de bevæger sig. ”Og derved er det også rent faktisk muligt på en nem og ikke invasiv måde at afgøre, hvor du kigger hen,” afslører Niels Pontoppidan. ”Når denne feature kobles med AI, bliver det for alvor muligt at fokusere på de ønskede lyde og stemmer, ligesom dit høreapparat automatisk vil kunne genkende og fremhæve objektivt vigtige lyde (som for eksempel babygråd eller en gryde, der koger over).

Her er det dog vigtigt igen at gøre sig klart, at teknologien skal fungere i den virkelige verden, og at ingen ønsker at gå rundt med hverken en badehætte med hjerneelektroder eller hørebriller med ubekvemme øjekameraer eller lignende, påminder Niels Pontoppidan.

Endnu er vi både lovgivningsmæssigt og i praksis langt fra den neurale grid, som Elon Musk kalder Neuralink, og som det er hans hensigt skal smelte menneske og computer sammen, så du kan give ordrer direkte fra din hjerne til din computer.

Verdenskendte høreteknologier

Danmark er et af de lande i verden, der er længst fremme inden for denne særlige medico-teknologi og er hjemland for tre store og verdenskendte firmaer som Oticon, GN Resound og Videx, der alle udvikler og producerer høreapparater og tilbehør til store dele af verden. Eriksholm Research Center hører under Oticon, der i dag er blandt de tre største leverandører af høreapparater i verden. Centret arbejder tæt sammen med universiteter, høreklinikker og slutbrugere.