Simulation eines Cochlea-Implant

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Digitale Hörhilfen der Zukunft - CIS
Fachbereich Elektro- und Informationstechnik
Fachgebiet Industrieelektronik und Digitaltechnik
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kopp
Digitale Hörhilfen der Zukunft
Menschen, die taub geboren sind oder im Laufe ihres Lebens das Hörvermögen verloren haben
und denen selbst mit Hochleistungshörgeräten nicht geholfen werden kann, können unter
bestimmten Voraussetzungen durch den Einsatz eines Cochlea-Implant-Systems akustische
Reize aus der Umgebung wieder wahrnehmen und auch Sprache wieder verstehen. Der
Höreindruck bei Cochlea-Implantat-Trägern unterscheidet sich jedoch wesentlich von denen
der Normalhörenden.
An der Fachhochschule Hannover wurde in Zusammenarbeit mit der MHH-Hannover im
Rahmen zweier Diplomarbeiten eine Simulation zur Synthese des Höreindruckes eines
Cochlea-Implant-Systems entwickelt.
Hierbei wurden zwei verschiedene Wege gegangen, um die Simulation zu verwirklichen:
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Programmtechnische Simulation des Höreindrucks
Schaltungstechnische Simulation des Höreindrucks
Das Cochlea-Implant-System
Das System besteht aus den Komponenten Sprachprozessor, Mikrofon, Sender und dem
Implantat. Die vom Mikrofon aufgenommenen Signale werden im Sprachprozessor verarbeitet
und dem Sender zugeführt. Vom Sender gelangen die Signale drahtlos zum Implantat. Das
Implantat reizt mittels seiner Stimulationselektroden die Nervenenden in der Cochlea.
Abbildung 1: CIS
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Programmtechnische Simulation des Höreindrucks bei Cochlea-ImplantTrägern
Thorsten Biester, Thorsten Krause, FH-Hannover/MHH, 1998.
Die Simulation basiert auf dem Programm MATLAB 5.1 für einen Standard-PC mit handelsüblicher Soundkarte. Die Simulation erfolgt durch Nachbildung des Sprachprozessors mit den
Sprachverarbeitungsstrategien SPEAK und CIS und drei AGC-Modellen. Weiterhin konnten
aufgrund von Höreindruckbeschreibungen von CI-Patienten und aus eigenen Überlegungen
heraus zwei vereinfachte Klangsynthese-Modelle entwickelt werden.
Das Simulations-Programm ist in drei Blöcke aufgeteilt:
1) Simulation des Sprachprozessors
2) Simulation des Cochlea-Implantates
3) Synthese des neuronal verarbeiteten Höreindruckes
Abbildung 2: Simulationssystem
Erklärung der Abkürzungen:
AGC
DIG FILT
SEQU
IMP FORM
ST-IMP
NV
AW
Automatische Verstärkungsanpassung
Digitale Filter
Sequenzer
Impulsformung
Stimulationsimpuls
Neuronale Verarbeitung
Akustikwandler
Beurteilung der Simulation
Um erste Anhaltspunkte für die Beurteilung der Simulation zu erhalten, wurden sechs CochleaImplant-Träger nach ihrem jetzigen Höreindruck befragt. Am häufigsten wurden genannt:
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metallische Roboterstimme
verzerrte Töne, schlecht eingestellter Radiosender
klare Töne
Nun wurden normalhörenden Testpersonen mehrere Sätze vorgespielt, die mit dem SoftwareSimulator erzeugt wurden. Die Versuchspersonen beschrieben ihre Höreindrücke so wie die
Cochlea-Implant-Träger.
In der Medizin gibt es zur Zeit noch keine Referenzwerte für die Beurteilung von Höreindrücken, da die Zusammenhänge für einen in der Cochlea durch elektrische Impule erzeugten
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Höreindruck bislang nur zum Teil erforscht sind. So konnte die Nachbildung eines
Höreindruckes lediglich nach Aussagen von Cochlea-Implant-Trägern und mit den von
Medizinern erstellten Annahmen umgesetzt werden.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass nach heutigem Wissensstand die
vorliegende Simulation die Höreindrücke von Cochlea-Implant-Trägern in diesem begrenzten
Rahmen gut nachbildet.
Damit Sie sich ihren eigenen Höreindruck verschaffen können, sind hier mehrere Audiodateien
eingebunden. Zur Wiedergabe wird der Acrobat Reader mit Version 6 oder höher benötigt.
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Simulation
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Schaltungstechnische Simulation des Höreindrucks
Echtzeitsimulation des Höreindrucks eines Cochlea-Implant-Patienten
Alexander Matysek, Holger Hürter, FH-Hannover/MHH, 1998.
Durch die Echtzeitumsetzung dieser Hardware-Lösung ist es möglich, reale
Gesprächssituationen nachzustellen. Die Testperson erhält dann neben der CI-Umsetzung auch
Zusatzinformationen wie z.B. Mimik, Gestik und Lippenbewegungen. Bisher entwickelte
Softwarelösungen erlauben diese Echtzeitumsetzung derzeit noch nicht.
Der Realtime-Simulator kann mit verschiedenen Cochlea-Implant-Systemen verbunden werden
und übernimmt dann die Synthese des neuronal verarbeiteten Höreindruckes.
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