СПОСОБ СКРИНИНГОВОЙ ОЦЕНКИ СПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА К РАЗЛИЧЕНИЮ ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗВУКА ПО РАССТОЯНИЮ
METHOD FOR SCREENING ASSESSMENT OF A HUMAN'S ABILITY TO DIFFERENT POSITION OF SOUND SOURCES AT DISTANCE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Техническое решение относится к медицинской отрасли, а именно к сурдологии и неврологии, в частности к экспериментальной психологии и физиологии сенсорных систем.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ исследования слуховой функции (RU 2148949 С1 от 26.04.1999, кл. МПК А61В 5/12). Способ может быть использован в области медицины, точнее в оториноларингологии и сурдологии, и может найти применение при лечении и обследовании тугоухих и глухих. При регистрации аудиограммы у пациентов с высокой степенью асимметрии в качестве маскирующего сигнала на лучше слышащее ухо используют звуковой сигнал, интенсивность которого на 10 дБ меньше найденного порога хуже слышащего уха. Определение порога хуже слышащего уха повторяют до тех пор, пока разность между его значением и величиной маскирующего сигнала не будет меньше 40 дБ. Способ обеспечивает щадящий режим исследования слуховой функции пациентов с высокой степенью потери слуха, значительно сокращая время регистрации аудиограммы, делает исследование более объективным и точным.
Недостатками данного способа является регистрация аудиограммы и использование наушников, что увеличивает как трудоемкость, так и время осуществления технического решения. Кроме того, вышеописанное техническое решение не предназначено для оценки показателей пространственного слуха.
Известен способ исследования нейропсихологических механизмов становления пространственного слуха у детей раннего дошкольного возраста (RU 2454933 C1 от 20.01.2011, кл. МПК А61В 5/16). Способ относится к области экспериментальной психологии, медицины, нейрофизиологии. Через головные телефоны предъявляют последовательные дихотические пары звуковых щелчков с периодом оставления идиотических стимулов внутри пары 500 мс. В первом дихотическом стимуле интерауральная разница по времени предъявления правого и левого звуковых щелчков (ΔТ) всегда равна нулю. Во втором - вводится нарастающая от нуля с шагом 100 мкс ΔT до момента распада слитного звукового образа на два противоположно латерализованных образа звука. По конечной величине интерауральной ΔТ судят о степени зрелости реципрокных взаимоотношений между парными слуховыми центрами. Способ позволяет определить наличие и степень развития бинаурально-биполушарно организованной системы локализации звука у детей раннего дошкольного возраста.
Недостатками данного способа является использование наушников и не адаптивной методики, что увеличивает как трудоемкость, так и время осуществления технического решения. Кроме того, данное техническое решение оценивает показатели только по азимуту.
Известен способ исследования пространственного слуха (RU 2090139 C1 от 30.06.1993, кл. МПК А61В 5/12), позволяющий повысить точность диагностических исследований, обеспечивает количественную оценку степени межполушарной асимметрии, дает возможность оптимизировать и ускорить процедуру обследований, а также осуществлять текущий контроль за восстановлением пространственного слуха в процессе лечения и в реабилитационном периоде. Указанный положительный эффект достигается тем, что дугу траектории движения звукового образа увеличивают до 180°, вводя начальную временную задержку в 700 - 1000 мкс с последующим уменьшением ее до нуля и повторным увеличением до 700 - 1000 мкс, но в другом канале, что имитирует движение СЗО от одного уха до другого, и осуществляют определение моментов начала и окончания движения звукового образа, а также его прохождение через серединную точку дуги. Степень нарушений пространственного слуха оценивают, сравнивая полученные показатели обследуемых с таковыми у здоровых испытуемых.
Недостатками данного способа является использование наушников и не адаптивной методики, что увеличивает как трудоемкость, так и время осуществления технического решения. Кроме того, в данном техническом решении оцениваются показатели только по азимуту.
Известен способ определения порогов восприятия длительности звукового сигнала (Андреева И.Г. Пороговая длительность сигналов при восприятии человеком радиального движения звуковых образов различного спектрального состава. Сенсорные системы, 2004; 18, №3: 238-243). Радиальное движение звукового образа создавалось за счет подачи линейно меняющихся по амплитуде в противоположных направлениях импульсных посылок на динамики, расположенные на расстояниях 1,1 и 4,5 м перед испытуемым на уровне его головы. Для оценки порогов применялась методика двухальтернативного вынужденного выбора (звуковой образ приближается или удаляется). Порог определяли построением психометрических кривых как наименьшую из исследованных длительность стимула, при которой вероятность опознавания оказывалась выше 75%.
Недостатком данного метода является невозможность его применения в клинической практике в виду необходимости предъявления пациенту большого числа стимулов (в работе указывается 140 посылок для определения одного порога). Кроме того, применения данного исследования было бы обременительно для пациента и занимало бы существенно больше времени, чем время, обычно отводящееся для приема у врача.
Известен еще один способ реабилитации функции акустической ориентации и ее оценки у пациентов с кохлеарным имплантом (RU 2265426 C1 от 11.03.2004, класс МПК A61F 11/04). В заявленном изобретении осуществляется подача звуковых и речевых сигналов разной локализации и анализ ответных реакций. При этом тренинг навыков умения локализовать источник звука на слух у пациентов с одним кохлеарным имплантом начинают с подачи щелчков длительностью 100 мс треугольной формы на два динамика при соотношении амплитуд 100:10. Для формирования пространственного положения сигналам задают определенное соотношение амплитуд по 2-м каналам вывода (динамикам). В случае моделирования стационарного источника звука оно составляет 100:10. Такое соотношение при использовании 2-х динамиков (1 м от слушателя, напротив правого и левого уха - латеральное положение или впереди и сзади - фронтальное положение) определяет 100% правильной локализации у людей с нормальным слухом. В случае моделирования движения для серии посылок задают динамику изменения амплитуды по 2-м каналам от 100% до 10%. При этом характер изменения по 2 каналам (динамикам) носит обратно пропорциональный характер (по 1 каналу линейно нарастает, по 2 каналу линейно убывает). Траектория моделируемого движения фиксируется положением динамиков справа-налево (или наоборот) и спереди-назад (или наоборот). Начальная точка движения соответствует динамику, на который при включении подается сигнал с убывающей от 100% до 10% амплитудой. Конечная точка траектории, соответственно наоборот, - динамику, на который подается вариант сигнала с нарастающей амплитудой. Затем задают динамику изменения амплитуды по двум каналам от 100% до 10%, при этом изменение амплитуды сигналов носит обратно пропорциональный характер. Определяют количество правильных ответов и время реакции пациента, причем данные анализа сопоставляют с ранее полученными у этого пациента и, если число правильных ответов и скорость реакции статистически значимо возрастают, динамику реабилитации считают удовлетворительной, но, если количество правильных ответов не превышает 58-60%, реабилитацию функции акустической ориентации считают незавершенной.
Недостатком указанного способа является то, что данный метод не рассчитан на оценку показателей пространственного слуха и скрининг, особенно по временным показателям слуха, поскольку параметры подаваемых стимулов заведомо выше пороговых значений слуха, так как его основная цель - реабилитация пациентов, у которых нет или очень мало сенсорного опыта и не сформированы категории слухового восприятия. Схема расположения динамиков для данного технического решения предполагает, что слушатель находится между ними, что не подходит для задачи определения порога пространственного слуха по расстоянию перед испытуемым. Кроме того, в данном методе применяются в качестве звуковых посылок щелчки длительностью 100 мс треугольной формы, что нежелательно в виду широкого спектра таких сигналов.
Известен способ определения порогов восприятия приближения и удаления звуковых образов разного спектрального состава (Андреева И.Г., Бахтина А.В., Гвоздева А.П. Разрешающая способность слуха человека по расстоянию при приближении и удалении звуковых образов разного спектрального состава. Сенсорные системы, 2014; 28, №4: 3-12), взятый за первый прототип из-за своих ближайших технических характеристик. Радиальное движение источника звука имитировали, подавая на два динамика импульсные последовательности шума, меняющиеся по амплитуде в противоположном направлении. В звукозаглушенной анэхоидной камере объемом 62.2 м куб. динамики располагали на расстоянии 1.0 и 4.5 м от испытуемого на уровне его головы (0° азимута, 0° элевации). Ослабление уровня наружных шумов в камере составляло не менее 40 дБ в диапазоне частот от 0.5 до 16.0 кГц. При имитации приближения амплитуда сигнала линейно возрастала на ближнем и одновременно убывала на дальнем излучателе. Удаление моделировали аналогичным образом, изменяя амплитуду на динамиках в обратном направлении. В сигналах, имитирующих движение, отношение максимального уровня интенсивности к минимальному в начале и конце сигнала составляло 3, 6 или 9 дБ на ближнем динамике и 2, 4 или 6 дБ на дальнем соответственно. Суммарный уровень интенсивности сигналов в месте прослушивания изменялся от начала к концу звукового образа на 1, 2 и 3 дБ, что позволяло формировать медленное движение со скоростями, не превышающими 1 м/с. Одна пара последовательностей импульсов с постоянной амплитудой звукового давления создавала неподвижный звуковой образ. В работе определялась способность испытуемого оценить направление смещения звукового образа вдоль радиальной оси в течение одной секунды его звучания при разной относительной величине смещения в диапазоне от -35% (удаление) до 35% (приближение). Испытуемый должен был оценить направление движения тестового стимула на основе двух вариантов ответов: "приближается" или "удаляется", и зарегистрировать ответ в протоколе. Для оценки величины порогов применяли метод постоянных рядов с построением психометрических кривых.
Недостатком данного способа оценки пространственной разрешающей способности слуха по расстоянию является то, что здесь применяли достаточно затратную по времени методику постоянных рядов, предполагающую несколько десятков предъявлений стимулов испытуемому. Методика оценки состояния пространственною слуха в условиях клиники должна быть достаточно компактна, чтобы вместе с другими тестами вписываться во время, отведенное для приема пациента врачом, а также быть необременительной для пациента. Поэтому применяемая в упомянутой работе методика неприменима для скрининга из-за большого количества предъявлений стимулов, которая обычно составляет порядка 70-100 для каждой модальности. Кроме того, в данной работе исследования проводили звукозаглушенной анэхоидной камере большого объема, что нереализуемо в условиях клиники.
Известно устройство для моделирования движения источника звука в свободном звуковом поле (RU 9655 U1 от 31.08.1998, МПК G09B 23/14), взятый за второй прототип из-за своих ближайших технических характеристик. Устройство для моделирования движения источника звука в свободном звуковом поле путем формирования субъективного образа движения источника, состоящее из системы источников звука с идентичными амплитудно-частотными характеристиками, расположенных между начальной и конечной точками по заданной траектории моделируемого движения, отличающееся тем, что система включает два источника звука, установленных в начальной и конечной точках траектории и выполненных с возможностью воспроизведения синтезируемого сигнала с управляемыми динамическими амплитудно-частотными характеристиками на каждом из излучателей, определяющих параметры моделируемого движения.
Недостатком указанного устройства является то, что в нем отсутствует реализация измерения порогов слуховой чувствительности.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа скрининговой оценки способности человека к различению положения источников звука по расстоянию, обеспечивающий решение проблемы количественного определения порогов слуховой чувствительности по расстоянию и длительности за короткий промежуток времени порядка 1,5-2 минут для одного порога.
При этом дополнительно решается проблема количественного определения порогов слуховой чувствительности по расстоянию и длительности за один сеанс, что позволяет оценить и сопоставить пространственные и временные слуховые характеристики. Малое время процедуры позволяет проводить исследование в условиях клиники в рамках скрининга.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет разработки способа скрининговой оценки способности слуха человека к различению положения источников звука по расстоянию путем оценки порогов по расстоянию и по длительности звучания, включающий в себя способы формирования виртуальных источников звука при помощи двух динамиков, расположенных на одной оси на разных расстояниях от слушателя: ближайший динамик удален на 1 метр, а дальний на 6 метров где:
осуществляется акустическое воздействие на человека и сразу производится программная обработка его ответов в интерактивном режиме;
выполняется опенка порогов по расстоянию и длительности путем пошагового изменения параметров неподвижных, приближающихся и удаляющихся звуковых образов;
осуществляется опенка удаленности звуковых образов на расстояниях не более 6 м;
применяется адаптивная методика оценки порогов.
Указанное техническое решение обеспечивает получение скрининговой оценки способности человека к различению положения источников звука по расстоянию за счет количественного определения порогов слуховой чувствительности по расстоянию и длительности за короткий промежуток времени порядка 1,5-2 минут для одного порога.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Разработанный способ скрининговой оценки способности слуха человека к различению положения источников звука по расстоянию путем оценки порогов по расстоянию и по длительности звучания заключается в применении разнонаправленных изменений интенсивности звука одновременно на двух динамиках, расположенных на одной оси на разных расстояниях от слушателя: ближний динамик удален от слушателя примерно на 1 м, дальний - до 6 м. Для формирования приближающихся и удаляющихся звуковых образов амплитуда звуковых посылок линейно увеличивается на одном динамике и уменьшается на другом. Таким образом, движение звукового образа начинается в месте расположения одного динамика и заканчивается там, где расположен другой. Эта модель движения содержит весь набор признаков локализации по удаленности: изменения интенсивности, скорость которых с расстоянием различна для ближнего и дальнего поля; спектральные изменения в ближнем поле, вызванные зависимостью передаточных функций от расстояния, и спектральные признаки в дальнем поле, связанные с частотно-зависимым поглощением звука; бинауральные различия, которые возникают при небольших расстояниях до источника.
Создание звукового образа неподвижного источника звука достигается за счет подачи постоянного по амплитуде звукового сигнала одновременно с двух динамиков, расположенных на одной оси на разных расстояниях от слушателя. При этом положение источника звука определяется разностью интенсивности звука, исходящего от динамиков. Варьирование положения звукового образа достигается за счет изменения соотношения амплитуд посылок на ближнем и дальнем динамиках, задавая, таким образом, уровень звукового давления в месте прослушивания.
В целях сокращения времени исследования для оценки величины порогов применяется адаптивная методика. В адаптивных методиках уровень сигнала, предъявляемого обследуемому, зависит от его ответов на предыдущее стимулы. Преимущество состоит в том, что большая часть проб близка к порогу, а также то, что адаптивная процедура целенаправленно приводит к пороговой величине, независимо от уровня начального стимула. Все эти преимущества существенны для скрининга, проводимого в условиях клиники, поскольку значительно экономят время.
Суть применяемой адаптивной процедуры сводится к следующему. Испытуемый оценивает направление движения тестовых стимулов на основе двух альтернативного вывода: «приближается» / «удаляется», а его ответы будут регистрироваться в протоколе. При формировании каждого последующего стимула учитывается правильность ответа испытуемого, а именно, в случае правильного ответа величина смещения звукового образа (или длительности стимула для нахождения временных порогов) уменьшается, в случае неправильного - увеличивается. Таким образом, стимулы, предъявляемые испытуемому, формируются в ряды, представляющие собой группы стимулов, поступающих между двумя изменениями направления ответов. Поскольку величина смещения звукового образа (или его длительности) увеличивается после неправильного ответа и уменьшается после правильного, то метод конвертирует данные на область порога психометрической функции. Процедура включает 6-8 изменений направлений ответов (не считая первого), а затем величина порога рассчитывается как среднее арифметическое пиков и впадин.
Описанная адаптивная методика реализована в виде программы для ЭВМ. Функционал программы позволяют формировать неподвижные и движущиеся звуковые образы в свободном пространстве, организовывать их предъявление для реализации адаптивной методики оценки порогов по длительности и по расстоянию, на основе симуляции изменения положения неподвижного звукового образа или его движения и регистрации ответа пациента. Применяются следующие методики формирования звуковых стимулов для определения порогов:
• по расстоянию: неподвижный звуковой образ, удаленный на некоторое расстояние, а также движущийся к или от испытуемого;
• по длительности: звуковой образ, с разной скоростью движущийся к или от испытуемого.
Способ апробирован в психоакустическкх экспериментах на группах нормально слышащих людей, и пациентов с сенсоневральной тугоухостью 1 степени. Каждая группа состояла из 12 человек.
В группе нормально слышащих для неподвижных звуковых образов индивидуальные значения порогов по расстоянию составляли от 6 до 15% со средним значением 9%. В нашем исследовании соответствующее значение стандартного отклонения составляло 3%. Для движущихся источников звука дифференциальные пороги по расстоянию, определенные настоящим способом, составили в среднем 14%. Ранее оценку этих порогов проводили методом постоянных рядов с применением идентичной модели движения.
В группе людей с сенсоневральной тугоухостью 1 степени показано превышение порогов по расстоянию для движущихся звуковых образов и по времени.
Заявляемое техническое решение, а именно способ скрининговой оценки способности человека к различению положения источников звука по расстоянию, обеспечивает решение проблемы количественного определение порогов слуховой чувствительности по расстоянию и длительности за короткий промежуток времени порядка 1,5-2 минут для каждого порога, что позволяет оценить и сопоставить пространственные и временные слуховые характеристики.