Künstliche Hörhilfe KI verbessert Qualität von Hörgeräten

Hörgeräte oder Hörimplantate sind aktuell nicht sehr gut darin, für den Träger aus vielen Schallquellen gezielt Sprache herauszufiltern – eine natürliche Fähigkeit des Gehirns, die bei gesundem Hören funktioniert und als „Cocktail-Party-Effekt“ bezeichnet wird. Entsprechend schwierig ist es für Personen mit Hörhilfen, in lauter Umgebung einer Unterhaltung zu folgen.

Wissenschaftler des Hörforschungslabors des Artog-Centers, der Universität Bern und des Inselspitals haben nun einen ungewöhnlichen Ansatz erarbeitet, um Hörhilfen in dieser Hinsicht zu verbessern. Dabei errechnet eine Künstliche Intelligenz Signale für virtuelle Zusatzmikrofone.

Training von neuronalem Netzwerk

Je mehr Mikrofone ein Audioprozessor zur Verfügung hat und je breiter diese verteilt sind, desto besser kann eine Hörhilfe den Schall aus einer bestimmten Richtung fokussieren. Die meisten Hörgeräte besitzen zwei nahe beieinander liegende Mikrofone.

Im ersten Teil der Studie hat das Hearing Research Laboratory (HRL) ermittelt, dass die optimale Mikrofonposition mitten auf der Stirn liegt – eine sehr impraktikable Stelle. „Dieses Problem wollten wir umgehen, indem wir dem Audioprozessor mithilfe von Künstlicher Intelligenz ein virtuelles Mikrofon hinzufügen“, erklärt Tim Fischer, Postdoktorand am HRL.

Für den Studienaufbau nutzten die Ingenieure des Artog-Centers den „Bern Cocktail-Party-Datensatz“, eine Sammlung von Geräuschszenarien mit mehreren Schallquellen aus Multi-Mikrofon-Aufnahmen von Hörgerät- oder Cochlea-Implantat-Trägern. Anhand von 65 Stunden Audioaufnahmen (über 78.000 Audiodateien) trainierten sie ein neuronales Netzwerk.

Zukunft der Hörprothese

Für ein verbessertes Sprachverstehen errechnete der Deep-Learning-Ansatz zusätzliche virtuelle Mikrofonsignale aus dem Audiodaten-Gemisch. 20 Probanden testeten das KI-verstärkte Hören in einem subjektiven Hörtest, begleitet von objektiven Messungen.

Insbesondere die „Cocktail-Party-Settings“ verbesserten die virtuell abgetasteten Mikrofonsignale und die Sprachqualität deutlich. Hörgeräte- und Cochlea-Implantat-Nutzer könnten daher besonders in lauten Umgebungen von dem vorgestellten Ansatz profitieren.

„Ich denke, dass Künstliche Intelligenz einen wichtigen Beitrag für die nächste Generation von Hörprothesen darstellt, da sie großes Potenzial für eine Verbesserung des Sprachverstehens, insbesondere in schwierigen Hörsituationen hat“, sagt Marco Caversaccio, Chefarzt und HNO-Klinikdirektor. Obwohl die virtuell addierten Mikrofone die Qualität von Hörhilfen deutlich verbesserten, müssen weitere Studien aber noch einige technische Hürden nehmen, bevor sich die Methodik in Hörgeräten oder Cochlea-Implantat-Audioprozessoren einsetzen lässt.