双侧人工耳蜗信号处理策略的算法改进和心理声学实验研究

Cochlear implantation is now considered as the standard approach in clinical treatment of severe-to-profound hearing loss. Unilateral implantees can acquire good one-to-one speech communication ability in quiet environment, but their abilities on spatial sound-source localization and speech perception in complicated spatial sound environment are still much worse than normal hearing people. Having hope for better spatial hearing cues preservation with bilateral implants, more and more hearing impaired subjects begin to choose bilateral implantation. However, even with bilateral cochlear implants, this auditory prosthesis still cannot provide normal spatial hearing abilities. Among the potential reasons, the limitation from signal processing strategy of cochlear implants is an important one: because of some constraints from auditory physiology and electrode design, current most cochlear implant signal processing strategies only preserve temporal envelopes from a few frequency bands but discard temporal fine structure information; this leads to an insufficient representation of interaural time difference. In this project, based on an recently proposed temporal fine structure processing model for cochlear implants, algorithm development and psychoacoustial experiments will be carried out to improve the binaural “temporal fine structure – time difference” resolution. The ultimate goal is to improve the spatial hearing abilities with cochlear implants. Meanwhile, the binaural auditory mechanisms under the electric hearing can be explored.

人工耳蜗是帮助重度以上听力损失者获得听觉补偿的主要干预技术。单侧人工耳蜗已经可以帮助植入者获得较好的安静环境下的一对一言语交流能力，但他们在空间声源定位和复杂空间声场景下的言语识别能力比正常听力者还有很大差距。寄希望于双侧植入能够更好地保留空间听觉线索，越来越多听力损失者开始选择双耳植入。然而即便在双侧人工耳蜗中，这种人工听觉设备尚不能提供正常的空间听觉能力。其中人工耳蜗信号处理策略的限制是一个重要原因：受到听觉生理和电极工艺等方面的制约，目前多数人工耳蜗信号处理策略仅保留了有限个通道内的时域包络，而丢弃了时域精细结构信息，这直接导致双耳间的时间差信息不能被有效表达。本项目将从一种新的时域精细结构处理模型出发，通过信号处理算法改进和心理声学实验研究来探索提高双侧人工耳蜗的双耳间“时域精细结构时间差”分辨率的方法，进而提高人工耳蜗植入者的空间听觉能力。同时对电刺激听觉的双耳听觉机理进行探索。

人工耳蜗是帮助重度以上听力损失者获得听觉补偿的主要干预技术。单侧人工耳蜗已经可以帮助植入者获得较好的安静环境下的一对一言语交流能力，但他们在空间声源定位和复杂空间声场景下的言语识别能力比正常听力者还有很大差距。寄希望于双侧植入能够更好地保留空间听觉线索，越来越多听力损失者开始选择双耳植入。然而即便在双侧人工耳蜗中，这种人工听觉设备尚不能提供正常的空间听觉能力。其中人工耳蜗信号处理策略的限制是一个重要原因：受到听觉生理和电极工艺等方面的制约，目前多数人工耳蜗信号处理策略仅保留了有限个通道内的时域包络，而丢弃了时域精细结构信息，这直接导致双耳间的时间差信息不能被有效表达。本项目从一种新的时域精细结构处理模型出发，通过信号处理算法改进和心理声学实验研究来探索了提高双侧人工耳蜗的双耳间“时域精细结构时间差”分辨率的方法。具体研究中，基于时域限制编码器策略（Temporal Limits Encoder, TLE）的信号处理开发和心理声学实验，开发了声刺激和电刺激的心理声学实验平台，其中包括多组语音感知实验模块；对汉语语音在人工耳蜗中的编码进行了深入研究，其中包括对于汉语声调的编码，对于汉语语速的感知；并且提出了一种新型的脉冲化声码器仿真模型，可以对人工耳蜗实际效果进行更有效的仿真。本项目在实际双侧人工耳蜗植入者中验证和优化了TLE策略在空间听觉方面的优势，与标准策略相比可以提供的空间听觉优势可以高出6dB，提出了TLE中移频下限与空间听觉优势的关联的不确定性，需要在策略验配时进行考虑。除了直接对TLE策略的验证和优化，还得到汉语声调编码和语速编码方面的量化结果，并且为国内开展人工耳蜗策略开发和感知机理研究提供了大量的实验工具和方法。本项目围绕TLE策略的开发充分挖掘交叉学科结合点，研究成果兼具实用价值和理论价值，拓展合作网络，与医学、神经科学等领域的专家建立密切合作，着力培养听觉技术领域的人才，为国内的人工听觉研究和技术发展储备人才。