Z Audiol 2015; 54 (4) 148-156 – Nüsse / Steenken / Holube |
The importance of cognition for the auditory function: A look into hearing „between the ears“
Die Bedeutung der Kognition für die auditorische Funktion: Ein Einblick in das Hören „zwischen den Ohren“
Theresa Nüsse, Rike Steenken, Inga Holube Institut für Hörtechnik und Audiologie, Jade Hochschule und Exzellenzcluster „Hearing4All“, Oldenburg, Deutschland
Abstract | Understanding speech in a realistic environment with varying background noise is challenging for normal-hearing as well as for hearing-impaired listeners. Crucial for speech understanding is the quality of bottom-up processing on the level of the inner ear and the transmission to auditory areas in the brain. However, it is assumed that also high-level cognitive abilities can influence speech understanding in background noise. Two persons, for example, with the same hearing loss in pure tone audiometry can nevertheless perform differently in speech understanding. This variability is explained by the influence of higher cognitive functions that are independent of peripheral auditory processes. The present article gives an overview of the interaction between the higher level processes putatively involved and the performance in speech understanding and the methods applied to capture these interactions quantitatively.
Keywords: speech recognition, hearing, cognition, test methods
Zusammenfassung | Sprache in realistischen akustischen Situationen mit verschiedenen Störgeräuschen zu verstehen, fällt sowohl normalhörenden als auch hörgeschädigten Personen häufig schwer. Neben der individuellen Qualität der Bottom-up Verarbeitung wird vermutet, dass auch kognitive Fähigkeiten für das Sprachverstehen im Störgeräusch eine Rolle spielen. So können zwei Menschen, bei denen ein ähnlicher Hörverlust in tonaudiometrischen Messungen diagnostiziert wird, trotzdem Unterschiede im Sprachverstehen in Störgeräuschen aufweisen. Diese Varianz, trotz gleichem peripheren Hörverlust, wird durch den Einfluss höherer kognitiver Funktionen erklärt, die unabhängig sind von der peripheren auditiven Verarbeitung. Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit der Interaktion zwischen kognitiven Leistungen und der Performanz im Sprachverstehen und den Methoden, diesen Zusammenhang quantitativ zu erfassen. Schlüsselwörter: Sprachverstehen, Hörvermögen, Kognition, Testverfahren
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Z Audiol 2013; 52 (4) 139-147 -Müller / Schmidt / Reetz / Mir-Salim |
A new recording system for intraoperative electrically evoked stapedius reflex registration
Ein neues Verfahren zur intraoperativen Registrierung des elektrisch evozierten Stapediusreflexes
Alexander Müller 1, Tobias Schmidt 2, Edgar Reetz 3, Parwis Mir-Salim 1 1 HörZentrum Berlin (HZB), VIVANTES Klinikum im Friedrichshain, Deutschland 2 Fachgebiet Biomechatronik, Technische Universität Ilmenau, Deutschland 3 Fachgebiet Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarbeitung, Technische Universität Ilmenau, Deutschland
Abstract | The auditory reflex protects the inner ear from excessive noise exposure, but also can help to fit a cochlear implant properly. Several studies have shown that the electrically evoked stapedius reflex threshold (eSRT) is a suitable predictor for the upper dynamic range (comfortable level). Especially in non-cooperative patients these measurement provide more and additional information about the loudness level, which is mandatory for correct fitting. During cochlear implant surgery, the posterior tympanotomy is prepared that the stapedius muscle tendon can be seen. After electrical stimulation the cochlear nerve a contraction of stapedius muscle results. The movement of the stapedius muscle can be observed by the surgeon. A high resolution monitor allows the observation of this reflex by the audiologist. We performed conventional eSRT measurements. The intraoperative findings were recorded digitally in high definition quality. The application of efficient algorithms, such as those used in quality control and industrial image processing are possible. In our study an objective method for electrically evoked stapedius threshold registration was evaluated. Especially the capture of very small contractions was investigated. The results of an exemplary evaluation in one cochlear implant patient are reported here. We could demonstrate that the offline detection of eSRT using digital image processing is possible. The results and a suitable and robust procedure of »computer vision« are presented. An automatic real-time implementation for the intraoperative cochlear implant diagnostics is planned to be realized in the medium term.
Keywords: cochlear implant, intraoperative measures, eSRT, stapedius muscle reflex, medical image processing Zusammenfassung | Die Messung der Nachweisschwelle des elektrisch ausgelösten Stapediusreflex (eSRT = electrically evoked stapedius reflex threshold) kann dazu beitragen, das Cochlea-Implantat (CI) in seiner Funktion anzupassen. In zahlreichen Arbeiten wurde gezeigt, dass die eSRT für die Wahl als Obergrenze der elektrischen Stimulation, die eine gerade noch angenehme Lautheit hervorruft, geeignet ist. Die Auslöseschwelle für diesen Reflex – die Bestimmung kann während der CI-Operation unter visueller Kontrolle über das Operationsmikroskop durch den Operateur erfolgen – kann somit als erste Näherung für die obere Grenze der elektrischen Stimulation angesehen werden. Dabei kann das Operationsfeld oftmals auf dem Monitor eines Videotowers beobachtet werden. Jedoch ist die visuelle Registrierung durch den Operateur oder Audiologen fehleranfällig. In der minimalinvasiven Chirurgie finden Kamera- bzw. Videosysteme in HD-Qualität zunehmende Verbreitung. Dies ermöglicht die Aufnahme hochauflösender Videosequenzen und die Anwendung leistungsfähiger Algorithmen, die in der Qualitätssicherung und industriellen Bildverarbeitung bereits genutzt werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines optischen Verfahrens zur intraoperativen Stapediusreflexbestimmung mit dem Ziel, eine berührungsfreie Messung des ipsilateralen ungekreuzten Reflexes und die Detektion bereits kleiner und visuell schwer erkennbarer Stapediuskontraktionen zu ermöglichen. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurden während einer Cochlea-Implantation einer Patientin elektrisch evozierte Stapediusreflexe im Bereich zwischen Schwelle und Sättigung visuell bestimmt und szenenoptimierte Videoaufzeichnungen des Operationssitus erstellt. Die Ergebnisse der exemplarischen Videoauswertung zur Detektion der Stapediusreflexe durch den Einsatz geeigneter Bildverarbeitungsalgorithmen werden vorgestellt (Offline-Analyse). Mittelfristig ist die Realisierung eines Online-Bildverarbeitungssystems als automatisierter Funktionstest für die intraoperative Cochlea-Implantat-Diagnostik geplant.
Schlüsselwörter: Cochlea-Implantat, eSRT, Stapediusreflex, intraoperative Messung, medizinische Bildverarbeitung
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Z Audiol 2013; 52 (3) 96-106 - Zebian / Kandzia / Janssen / Hensel / Fedtke |
Otoacoustic emissions stimulated by bone conduction – a review
Otoakustische Emissionen stimuliert über Knochenleitung – eine Übersicht
Makram Zebian 1, Florian Kandzia 2, Thomas Janssen 3, Johannes Hensel 1, Thomas Fedtke 1 1 Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, Germany 2 PATH medical GmbH, Germering, Germany 3 Hals-Nasen-Ohrenklinik, Technische Universität München, Munich, Germany
Abstract | Otoacoustic emissions (OAEs) are commonly evoked by air conduction (AC) through one or more miniature loudspeakers embedded in an OAE probe. To date, only a few studies have dealt with the bone-conduction (BC) stimulation of OAEs. The aim of this review is to give a summary on the main literature concerning this topic and to outline the advantages as well as the limitations of this alternative stimulation of OAEs. Generally, both distortion product otoacoustic emissions (DPOAEs) and transient evoked otoacoustic emissions (TEOAEs) can be stimulated by BC, showing properties similar to AC-OAEs. One practical advantage of BC is that miniaturized microphone probes (without the need of the probe loudspeakers) can be constructed, which is be neficial for small ear canals, e.g., in newborns. Since the BC stimulus reaches both cochleae simultaneously, binaural BC-OAE measurements are also possible. Clinically, BC-OAEs are expected to be less sensitive than AC-OAEs to conductive hearing loss, since the BC stimulus reaches the cochlea unimpeded by a possible middle-ear disorder and only the reverse OAE transmission is affected by the latter. Hence, the presence of BC-OAEs amid a lack of AC-OAEs signalizes a middle-ear dysfunction. Concerning the calibration of the stimuli, BC provides some advantages over AC, especially for DPOAEs. BC stimulation avoids errors caused (i) by ear-canal standing waves, since the BC stimuli bypass the ear canal, and (ii) by evanescent waves, since the bone vibrators (e.g., on the forehead or behind the ear) are spatially separated from the probe microphone (in the ear). In the case of DPOAEs, a concurrent AC/BC stimulation can also be achieved by presenting one tone via AC and the other via BC. When using this combined stimulation, one may benefit from swapping the acoustic signal paths and repeating the DPOAEs measurement in the same in-situ position of the probe to validate the stimulus calibration at the cochlea. Whereas further investigations are required to establish BC-OAEs as a standardized objective tool in the clinical diagnosis, BC stimulation already provides an alternative approach, with the stimulitaking a direct path towards the cochlea. Hence,it may be employed complementarily to AC stimulation, opening up various possibilities from the verification of ear-canal probe calibration to the potential differential diagnosis of conductive hearing disorders by means of OAEs.
Keywords: otoacoustic emissions, air conduction, bone conduction, calibration Zusammenfassung | Otoakustische Emissionen (OAE) werden üblicherweise mit einem oder mehreren in eine OAE-Sonde eingebauten Miniaturlautsprechern über Luftleitung (air conduction: AC) evoziert. Bislang haben sich nur wenige Studien der OAE-Stimulation über Knochenleitung (bone conduction: BC) gewidmet. Ziel dieses Übersichtsartikels ist es, eine Zusammenfassung der aktuell in der Literatur vorhandenen Studien über diese Stimulationsart zu geben und auf deren Vorteile und Grenzen einzugehen. Prinzipiell zeigen sowohl die distorsionsproduzierten otoakustischen Emissionen (DPOAE) als auch die transient evozierten otoakustischen Emissionen (TEOAE) ähnliche Eigenschaften wie die AC-OAE. Die BC-Stimulation erlaubt den Einsatz miniaturisierter Mikrofonsonden (ohne Lautsprecher), was insbesondere für kleinere Gehörgänge, beispielsweise von Neugeborenen, vorteilhaft ist. Klinisch ist es durchaus zu erwarten, dass diese Stimulation weniger von Schallleitungsstörungen beeinflusst wird, weil die BC-Stimuli die Cochlea von Mittelohrproblemen unbeeinflusst erreichen und nur die rückwärts laufende OAE von Letzterem betroffen ist. Sind beispielsweise BC-OAE vorhanden, aber keine AC-OAE, deutet dies auf eine Mittelohrproblematik hin. Die BC-Stimulation hat einige Vorteile gegenüber der AC-Stimulation, insbesondere im Hinblick auf die Stimuluskalibrierung für DPOAE. Die BC-Stimulation (i) umgeht die aufgrund stehender Wellen im Gehörgang entstehenden Kalibrierfehler, und (ii) eliminiert wegen der örtlichen Trennung der Knochenleitungshörer (z. B. hinter dem Ohr oder auf der Stirn) und des OAE-Sondenmikrofons (im Ohr) die Nahfeldeffekte. Für DPOAE ist auch eine gleichzeitige Stimulation möglich, bei der jeweils ein Ton über AC und der andere über BC dargeboten werden. Diese kombinierte AC/BC-Stimulation erlaubt das Vertauschen der akustischen Übertragungswege und eine Wiederholung der DPOAE-Messung in derselben In-situ-Position der Sonde. Diese Eigenschaft kann zur Validierung der Stimuluskalibrierung am Innenohr verwendet werden. Während weiterführende Studien notwendig sind, um die BC-OAE als eine standardisierte objektive Methode in der klinischen Diagnostik zu etablieren, stellt diese Stimulationsart bereits jetzt eine Alternative dar, bei der die Stimuli über einen direkten Weg zur Cochlea gelangen. Die BC-Stimulation könnte komplementär zur AC-Stimulation eingesetzt werden und eröffnet vielfältige Möglichkeiten, von der Verifikation der Gehörgangssondenkalibrierung bis hin zur Differentialdiagnose von Schallleitungsstörungen mittels OAE. Schlüsselwörter: Otoakustische Emissionen, Luftleitung, Knochenleitung, Kalibrierung
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