Slimme computer helpt doven spraak beter te verstaan

Veel doven kunnen weer horen dankzij een cochleair implantaat (CI). Maar horen is iets anders dan het daadwerkelijk verstaan van spraak, daar moet het CI heel nauwkeurig voor zijn afgesteld. Het onderzoeksteam van Hearing Minds werkt aan vernieuwende methoden om deze afstelling te verbeteren.

2 september 2016

Wie heeft zich nog nooit voorgesteld hoe het zou zijn om te leven zonder gehoor? Alles is stil, altijd! Geen ritselende bladeren, geen knetterend haardvuur, geen gefluisterde woordjes in je oor, geen alledaags gesprek met je familie, collega’s of buren. Schrik hebben om een gek figuur te slaan met een verkeerd antwoord, omdat je maar stukjes van de conversatie hebt begrepen. Dat is de wereld van dove en ernstig slechthorende mensen.

Gelukkig kunnen velen onder hen vandaag de dag weer geluid waarnemen dankzij een cochleair implantaat (CI). Met deze binnenoorprothese horen ze bijvoorbeeld het waarschuwende getoeter van een naderende auto of het onophoudelijke gekwebbel van de buurvrouw. Maar toch blijft het voor vele CI-gebruikers lastig om spraak niet alleen te hóren, maar ook te verstáán. Onderzoekers uit verschillende vakgebieden bundelden in het project Hearing Minds vier jaar lang hun kennis en ervaring om het spraakverstaan van CI-dragers te verbeteren. Bijzondere aandacht ging hierbij uit naar jonge kinderen en ouderen.

Hoe werkt een cochleair implantaat?

Een cochleair implantaat (CI) is een klein elektrisch toestelletje dat een chirurg onder de hoofdhuid achter het oor inbrengt. Het bevat een rij van elektroden die tot diep in het binnenoor gaat, ook wel cochlea of slakkenhuis genoemd. Een hoortoestel vangt het geluid op, analyseert het en stuurt een code via een antenne door de huid naar het implantaat. De elektroden geven vervolgens elektrische stroompjes aan de gehoorzenuw waardoor de hersenen geluid waarnemen. Meer over de werking van het CI lees je hier.

Doorsnede van een oor met cochleair implantaat.

Navigeren naar de eindbestemming

Om tot succesvol spraakverstaan te komen, is het van cruciaal belang dat het CI goed is afgesteld. Dat is het werk van een gespecialiseerde audioloog: hij of zij draait aan de tientallen knopjes in de CI-software en zoekt zo het elektrische patroon waarmee die specifieke patiënt het beste hoort. Het is de kunst om de CI zo af te stellen dat de elektrische activatie van de zenuw door de elektroden lijkt op wat er in een goed werkende cochlea – het deel van ons gehoor dat geluidstrillingen omzet in geluid – gebeurt. Er zijn miljoenen mogelijke combinaties waaruit de audioloog de beste moet kiezen, te veel dus om allemaal stuk voor stuk uit te proberen.

Het projectteam van Hearing Minds deed daarom een beroep op de principes van artificiële intelligentie (AI). De onderzoekers ontwikkelden FOX (Fitting to Outcome eXpert), een AI-systeem dat werkt als een navigatiesysteem in de auto. De eindbestemming is hier niet een specifieke locatie, maar de optimale persoonlijke instelling van het CI. FOX simuleert miljoenen verschillende instellingen en voorspelt voor elk daarvan hoe dicht deze de patiënt bij zijn eindbestemming brengt. Voor deze voorspelling gebruikt hij een grote database met gegevens uit eerdere afregelsessies en audiologische metingen. In tegenstelling tot het menselijk brein kan FOX alle mogelijke afstellingen – inclusief de bijbehorende resultaten – overzien. Het systeem selecteert een optimale instelling waarmee de patiënt naar verwachting het beste zal horen. Zo vindt de afstelling niet langer handmatig plaats en wordt getoetst in hoeverre het einddoel is bereikt.

FOX gebruikt zogenaamde probabilistische grafische modellen, een geavanceerde methode uit de kunstmatige intelligentie, om het CI af te stellen. Alle knoppen die in de CI-software kunnen worden ingesteld zijn in een netwerk met elkaar verbonden. Elke knop ‘weet’ hoe de andere knoppen staan afgesteld en bepaalt zo zijn eigen afstelling. Het systeem bevat kennis van vele eerder uitgevoerde gehoortesten en maakt zo een inschatting van de beste instelling voor de CI-drager. Een complex proces met het optimale horen van de CI-drager als uitkomst.
Hearing Minds via CC BY-NC-ND 2.0

Complexe zinnen

Vervolgens wilden de onderzoekers natuurlijk weten of de afstelling door FOX ook daadwerkelijk tot beter spraakverstaan leidt. Voor volwassenen bestonden er al flink wat testen waarmee audiologen kunnen nagaan of de CI-drager woorden en zinnen goed kan verstaan. Deze testen zijn alleen niet geschikt voor jonge kinderen, bij wie de spraak- en taalontwikkeling nog in volle gang zijn. Wanneer een driejarige niet in staat is om een kort zinnetje juist te herhalen, kan dat komen doordat hij niet goed hoort, maar ook doordat hij qua taalontwikkeling nog niet toe is aan dergelijke zinnetjes. Dat laatste geldt zeker voor kinderen met een gehoorbeperking, omdat hun gesproken taalontwikkeling vaak iets later start dan bij horende kinderen. Het team ontwikkelde daarom een nieuwe woord- en zinnentest die hiermee rekening houdt en die kan worden ingezet als screeningsinstrument in de gespecialiseerde audiologische centra.

Het meisje links voert de nieuwe zinnentest uit. Ze beluistert eerst een zinnetje en klikt vervolgens op het plaatje dat er het beste bij past. Rechts staan voorbeelden van testzinnen en de overeenkomstige plaatjes. De doelwoorden in de zinnen vormen minimale paren met elkaar. Dat houdt in dat een verschil in één enkele klank voor een betekenisverschil zorgt, zoals in poot – boot. Op die manier kan de audioloog tot op klankniveau beoordelen hoe goed kinderen spraak verstaan. — Het meisje links voert de nieuwe zinnentest uit. Ze beluistert eerst een zinnetje en klikt vervolgens op het plaatje dat er het beste bij past. Rechts staan voorbeelden van testzinnen en de overeenkomstige plaatjes. De doelwoorden in de zinnen vormen minimale paren met elkaar. Dat houdt in dat een verschil in één enkele klank voor een betekenisverschil zorgt, zoals in *poot – boot*. Op die manier kan de audioloog tot op klankniveau beoordelen hoe goed kinderen spraak verstaan.
Hearing Minds via CC BY-NC-ND 2.0

Ook bij oudere mensen die een CI dragen is het niet eenvoudig om te weten te komen of verminderd spraakverstaan zonder meer het gevolg is van gehoorverlies. Heel wat ouderen hebben problemen met hun geheugen, of vinden het lastig om ergens langdurig hun aandacht op te richten. Complexe luistertaken zijn daarom moeilijk voor hen. Daarom hebben de onderzoekers nieuw testmateriaal ontwikkeld voor volwassenen dat varieert in talige complexiteit. Zo kunnen audiologen nagaan of ouderen niet alleen korte en enigszins voorspelbare zinnetjes (zoals ‘De bakker bakt brood’), maar ook langere en complexe zinnen goed kunnen verstaan (‘Ik zag net dat zwarte paard dat is ontsnapt’).

Beter horen

Veel CI-dragers met een handmatig afgestelde spraakprocessor kunnen bij een normaal gespreksniveau zo’n 60 tot 70 procent van de woorden verstaan. Dat is uiteraard een fraai resultaat, maar er is ruimte voor verbetering. Met de inzet van artificiële intelligentie bij het afregelen van CI’s stijgt dit percentage tot gemiddeld 90 procent voor doofgeboren kinderen en gemiddeld 82 procent bij volwassenen die later in hun leven doof werden. Dit is ongeveer 20 procent beter dan acht jaar geleden, wat betekent dat de kwaliteit van het horen bij dove en ernstig slechthorende mensen in belangrijke mate is toegenomen. Bovendien gaat het automatisch afregelen met een systeem als FOX vele malen sneller dan de klassieke, handmatige methode, waardoor er meteen wat ruimte komt in de overvolle agenda’s van de gespecialiseerde audiologen.

Hearing Minds is een project van de Vrije Universiteit Amsterdam (VU), de Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) in Madrid en het bedrijf Otoconsult NV in Antwerpen. Coördinator van het project is prof. dr. Martine Coene (VU). Andere onderzoekers zijn prof. dr. Paul Govaerts (VU/Otoconsult), prof. dr. Javier Diez (UNED), dr. Iñigo Bermejo (UNED/Otoconsult), dr. Monique Lamers (VU/Otoconsult), Miguel Artaso (UNED/Otoconsult) en Eline van Knijff (VU/Otoconsult). Prof. dr. Paul Govaerts en prof. dr. Martine Coene wonnen in 2015 de Amsterdam Science & Innovation Award met dit project.