DER ZUKUNFT DES HÖRENS AUF DER SPUR

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Von: Hearing4All

DER ZUKUNFT DES HÖRENS AUF DER SPUR

Internationale Expertinnen und Experten der Hörforschung zu Gast beim Exzellenzcluster Hearing4all in Oldenburg.

Gutes Hören für alle, bei jedem Grad von Hörbeeinträchtigung und überall auf der Welt – das ist die Vision des Exzellenzclusters „Hearing4all“, eines Forschungsverbundes von über 250 Wissenschaftlern in Oldenburg und Hannover, dessen Arbeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gefördert wird. Die Federführung des Konsortiums liegt bei der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg.

Hearing4all gilt als einer der bedeutendsten „Hotspots“ der Hörforschung in der Welt und kann herausragende Forschungsergebnisse in Bereichen wie Design von Hörtests, Signalverarbeitung, Prozessortechnik und funktionelle Materialien vorweisen. Nahezu jede moderne Hörhilfe enthält Software oder Technik, die auf Forschungsergebnissen der Wissenschaftler in Oldenburg und Hannover basiert. Diesen ist aber auch bewusst, dass es im Bereich der Hörforschung noch viel zu tun gibt, etwa beim Lautstärkeempfinden oder dem gerichteten Sprachverstehen in verschiedenen Umgebungssituationen. Der Lösung dieser Probleme liegen sehr komplexe Fragestellungen zu Grunde, die Themen der Neurobiologie und der Psychologie ebenso umfassen wie klinische Forschung, Nachrichtentechnik, Prozessortechnik und künstliche Intelligenz.

Wie Forschung in diesen und weiteren Bereichen die Zukunft des Hörens bestimmen kann, damit befassten sich Anfang November 2021 fast 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beim Internationalen Symposium des Exzellenzclusters Hearing4all. Die Veranstaltung mit Gästen aus aller Welt fand in Oldenburg statt und wurde gleichzeitig ins Internet übertragen. Etwa 50 Vorträge – Keynote-Vorträge internationaler Gastwissenschaftler sowie Highlight- und Postervorträge aus der Arbeit des Clusters – behandelten sehr unterschiedliche Themen der Hörforschung. Wie sieht die Zukunft des Hörens aus? Mehrere Schwerpunkte ließen sich in der Veranstaltung ausmachen:

Verarbeitung von Hörsignalen im Gehirn

Hören ist weit mehr als die Verarbeitung eines akustischen Signals. Hörstörungen können, etwa wenn sie durch Lärm induziert sind, über den messbaren Hörverlust hinausgehen. Bei gleichem messbaren Hörvermögen nehmen Personen unterschiedliche Lautstärken und unterschiedliche Geräuschumgebungen sehr unterschiedlich wahr. Immer mehr Studien weisen auch darauf hin, dass es bei vielen Menschen einen Zusammenhang zwischen Hörverlust und dem Verlust kognitiver Fähigkeiten im Alter gibt. 

Dadurch wird zum einen die Frage aufgeworfen, ob bei Hörverlust in manchen Fällen die traditionelle Behandlung mit Hörhilfen nicht auch durch psychologische Gehirntrainings oder medikamentöse Therapien ergänzt werden kann. Konkrete Ansätze hierfür wurden allerdings nicht vorgestellt.

Zum anderen gewinnt die Frage an Bedeutung, wie die individuell unterschiedlichen Prozesse der Signalverarbeitung im Gehirn besser verstanden und bei der Entwicklung von Algorithmen der Signalverarbeitung in Hörgeräten berücksichtigt werden könnten. Machine-Learning-Methoden können hier eine wichtige Rolle spielen, ebenso die Auswertung einer möglichst breiten Basis von klinischen und Versuchsdaten, um bestimmte Signalverarbeitungs-Typen in der Bevölkerung identifizieren zu können.

Virtuelle Hörklinik 

Angesichts dieser Komplexität des auditorischen Systems ist es nicht verwunderlich, dass es auch heute noch bei der Anpassung von Hörgeräten an die einzelnen Patienten nicht immer zu zufriedenstellenden Lösungen kommt. Die Forscherinnen und Forscher in Hearing4all verfolgen daher den Ansatz, individuelle Nutzerinnen und Nutzer stärker in den Anpassungsprozess einzubeziehen und die selbstgesteuerte, automatisierte Anpassung von Hörgeräten in einer Smartphone-basierten, virtuellen Hörklinik-App einschließlich eines Software-Hörgeräts zu ermöglichen. Eine solche Anwendung erfasst audiologische Daten, aber auch andere Parameter wie beispielsweise aus mobilen EEG-Messungen. Sie wendet kombinierte maschinelle Lernansätze zur Optimierung des Hörgerätenutzens an, wobei sowohl Daten aus klinischen Arbeitsabläufen als auch die Messdaten der virtuellen Hörklinik selbst verwendet werden sollen.

Um diese Informationen strukturiert verarbeiten und diagnostische Entscheidungen herbeiführen zu können, sind Modelle erforderlich, die Mess- und klinische Daten aus verschiedenen Quellen integrieren. Im Rahmen der Hearing4all-Forschung wurde dazu das Modell der „Common Audiological Functional Parameters“ (CAFPAs) entwickelt. Es entstand auf der Grundlage einer Befragung von Experten und soll nun mit Machine-Learning-Methoden anhand verfügbarer Patientendaten auf seine Funktionalität hin überprüft und verfeinert werden. In diesem Zusammenhang spielt eine wichtige Rolle, dass zunehmend auch relevante Daten aus breit angelegten medizinischen Kohortenstudien zur Verfügung stehen, wie sie am Beispiel Großbritanniens auf dem Internationalen Symposium vorgestellt wurden.

Sensorik

Auch auf der Hardwareseite entwickelt das Wissenschaftlerkonsortium von Hearing4all seine Technik in diese Richtung weiter. Ziel ist es, ein System mit einem geschlossenen Regelkreis von Sensoren, Prozessoren und Aktuatoren zu entwickeln, das Zustände des auditorischen Systems über die Erfassung von Biosignalen eigenständig analysieren und über intelligente Signalverarbeitungsalgorithmen steuern kann. Als Biosignale kommen neben Audiosignalen unter anderem Augen- und Kopfbewegungen oder über mobiles EEG gemessene Gehirnaktivitäten in Frage. Mit dem Konzept des „portable hearing lab“ werden die Möglichkeiten verbessert, solche Daten für empirische Studien in Realsituationen zu erfassen und auf dieser Grundlage Hard- und Software von Hörhilfen weiterzuentwickeln. 

Prozessortechnik

Hörhilfen werden weiter immer „intelligenter“ werden. Gleichzeitig sollen sie aber aus kosmetischen Gründen sehr kompakt bleiben. Dies bringt die Herausforderung mit sich, auf sehr begrenztem Raum eine immer stärkere Prozessorleistung darzustellen und dabei den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, denn häufige Batteriewechsel bzw. häufiges Wiederaufladen sollen vermieden werden. Erforderlich sind dazu spezifische Prozessorarchitekturen, die genau auf die zu bewältigenden Rechenoperationen in einer Hörhilfe zugeschnitten sind. Der im Exzellenzcluster Hearing4all an der Leibniz Universität Hannover entwickelte KAVUAKA-Prozessor hat hier bahnbrechende Fortschritte gegenüber bestehenden Lösungen erbracht. Mit einer Oberfläche des Prozessorsystems von nur 3,6 mm2 und einer Leistungsaufnahme von durchschnittlich nur 2,4 mW schlägt er konkurrierende Systeme deutlich und zeigt gleichzeitig eine sehr hohe Leistungsfähigkeit bei der Bearbeitung hörgerätespezifischer Rechenalgorithmen. Eine neue, noch einmal deutlich leistungsfähigere Prozessorgeneration ist in Entwicklung.

Auf dem Internationalen Symposium kamen darüber hinaus zahlreiche Themen zur Sprache, wie etwa die Weiterentwicklung von Knochenleitungshörgeräten oder Hirnstamm-Implantaten. 

Die vorgestellten Entwicklungsansätze entstammen der Grundlagen- und angewandten Forschung und haben nicht den Anspruch, mit den am Markt erhältlichen Produkten der Hörgeräte-Industrie zu konkurrieren. Hearing4all pflegt jedoch enge Netzwerkkontakte zu nahezu allen wichtigen Herstellern von Hörhilfen, und die Erfahrung aus inzwischen fast einem Jahrzehnt DFG-finanzierter Forschung hat gezeigt, dass wichtige Innovationen aus dem Cluster häufig sehr schnell in die Entwicklung marktreifer Produkte einfließen. Zu erwarten ist, dass in Zukunft flexible, dynamische Anpassungsprozesse, beruhend auf einer komplexen Sensorik, künstlicher Intelligenz und dem Zugriff auf eine breite Basis von Referenzdaten, die Leistungsfähigkeit von Hörhilfen wesentlich bestimmen werden.

Über Hearing4all: Ziel des Exzellenzclusters »Hearing4all« ist buchstäblich das »Hören für alle«. Durch eine Verbesserung der individualisierten Hördiagnostik und der darauf angepassten Versorgung mit persönlichen Hörhilfen wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Kommunikationssituation von Betroffenen entscheidend verbessern. Hierbei werden grundlegende, auf Modellen basierende Arbeiten zur Diagnose und zum auditorischen Profil von Normal- bis schwerhörenden Menschen durchgeführt, um zu einem besseren Verständnis des individuellen Gehörs zu gelangen. Darüber hinaus werden diese Modelle benutzt, um die individuelle Versorgung mit technischen Hörhilfen zu verbessern und an die jeweilige Situation angepasst zu optimieren. Die Federführung des Konsortiums liegt bei der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. Neben der Medizinischen Hochschule Hannover und der Leibniz Universität Hannover sind auch die Jade Hochschule, die Hörzentren Hannover und Oldenburg, die Projektgruppe Hör-, Sprach- und Audiotechnologie des Fraunhofer IDMT, das Laser Zentrum Hannover e.V. und das Hanse-Wissenschaftskolleg Delmenhorst am Exzellenzcluster beteiligt.