AI與AAD技術(shù)合力讓助聽器想聽哪里聽哪里
近日，哥倫比亞大學(xué)工程研究所推出一款新型認(rèn)知助聽器，其中研究人員利用聽覺注意力解碼（AAD）技術(shù)和AI（深度學(xué)習(xí)），實(shí)現(xiàn)了用大腦的認(rèn)知信號(hào)來控制助聽器對(duì)外界聲音的主觀選擇。
據(jù)悉，該研究由哥倫比亞大學(xué)電機(jī)工程副教授NimaMesgarani領(lǐng)導(dǎo)，哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的神經(jīng)外科和Hofstra-Northwell醫(yī)學(xué)院以及費(fèi)恩斯坦醫(yī)學(xué)研究所合作完成。
目前，在一片噪雜的環(huán)境中，現(xiàn)有的數(shù)字助聽器已經(jīng)可以有效地抑制背景噪聲，但是它們不能幫助使用者選擇放大他們想要聽到的聲音，這也一直是數(shù)字助聽器的研究難點(diǎn)。
而此款認(rèn)知助聽器就解決了這一問題，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用者的大腦活動(dòng)，以保證使用者即使在嘈雜環(huán)境下，也可以與自已想要交流的對(duì)象輕松交談。
對(duì)此，Mesgarani解釋道：這項(xiàng)工作結(jié)合了兩門學(xué)科的最新技術(shù)：聲學(xué)工程和聽覺注意力解碼。我們只要加入深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來幫助自動(dòng)分離語音信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)就可以運(yùn)用起來。
早前，團(tuán)隊(duì)就有利用人的認(rèn)知意識(shí)來控制助聽器的想法，直到2012年，他們通過侵入式方式記錄了神經(jīng)信號(hào)，隨后實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)信號(hào)的解碼，獲取被測(cè)試者注意力的目標(biāo)。后來，在2015年，他們表示可以通過非侵入性方法實(shí)現(xiàn)AAD技術(shù)。
不過整個(gè)研發(fā)過程并非易事，對(duì)此，與Mesgarani一起工作的博士后科學(xué)家JamesO'Sullivan指出，將科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)世界的可操作技術(shù)需要?dú)v經(jīng)數(shù)次實(shí)驗(yàn)。
在聽覺注意力解碼的實(shí)際操作中，研究人員就面臨揚(yáng)聲器種類選擇問題。于是他們通過將受試者腦部的神經(jīng)反應(yīng)記錄與不同種類揚(yáng)聲器發(fā)出的語音信號(hào)進(jìn)行比較，得出與神經(jīng)數(shù)據(jù)最大相似性的揚(yáng)聲器。事實(shí)證明，該系統(tǒng)只能采用全頻揚(yáng)聲器，而非單頻揚(yáng)聲器。
最終，Mesgarani的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)端對(duì)端系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)使用者神經(jīng)信號(hào)的解碼信號(hào)選定到特定的音頻接收通道，其中每個(gè)通道都包含一個(gè)全頻揚(yáng)聲器。隨后該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分離全頻揚(yáng)聲器中的聲音信號(hào)，確定使用者關(guān)注的聲音信號(hào)，然后放大該信號(hào)，確保使用者能夠清晰聽見。
該團(tuán)隊(duì)使用癲癇手術(shù)的神經(jīng)學(xué)受試者的侵入性電皮質(zhì)記錄測(cè)試了該系統(tǒng)的功效。
在測(cè)試中，工業(yè)機(jī)器人維修，他們確定了對(duì)AAD有貢獻(xiàn)的聽覺皮質(zhì)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)僅使用混頻就可以解碼使用者的注意力方向，并能夠放大他或她想要聽的聲音。并且值得注意的是，整個(gè)過程的執(zhí)行最多只要十秒。
此處，基于腦波信號(hào)來處理大量的音頻數(shù)據(jù)和神經(jīng)解碼信號(hào)是該助聽器系統(tǒng)的重要功能。無疑，實(shí)時(shí)進(jìn)行這樣的操作需要超強(qiáng)的計(jì)算能力，KUKA機(jī)器人維修，而將強(qiáng)大的處理器縮小到標(biāo)準(zhǔn)助聽器的大小是十分艱難的。
幸運(yùn)的是，材料科學(xué)的進(jìn)步使得這樣的微型計(jì)算機(jī)成為可能。對(duì)此，Mesgarani表示，目前正在進(jìn)行大量的研究，以制造小型專用芯片，機(jī)器人維修，滿足所需的計(jì)算。
此外，他還表示，因?yàn)槭褂昧松顚由窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，且有硬件的支持，最新的助聽器數(shù)據(jù)可同步到手機(jī)等設(shè)備上，這將有助于在這種小型設(shè)備中進(jìn)行大量計(jì)算。
據(jù)了解，該技術(shù)目前還處于早期的概念驗(yàn)證階段，但Mesgarani說，如果一切順利，五年內(nèi)，系統(tǒng)將開始出現(xiàn)在商業(yè)助聽器中。