Слуховые аппараты с встроенным ассистентом на основе искусственного интеллекта, функция автоматического перевода, беспроводная зарядка аккумуляторов посредством биологических процессов или через имеющийся в наличии Wi-Fi сигнал, сбор биологических данных об организме человека, а также новые пути передачи акустических стимулов — все это и еще многое другое смогут выполнять слуховые аппараты будущего.
Предлагаем заглянуть «за кулисы» научного мира и посмотреть, в каком направлении действительно работают подразделения исследований и разработок ведущих мировых производителей слуховых аппаратов, какие исследования проводятся в стенах университетов.
Достижение лучшего слушания в самых сложных акустических ситуациях — неизменная цель сотрудников подразделений исследований и разработок производителей сурдотенхики. Их усилия в течение всего нескольких десятилетий привели к колоссальному прогрессу. Так, например, некоторые современные слуховые аппараты уже используют сенсоры движений, встроенные в смартфоны, а также текущие данные геолокаций для лучшего выбора параметров настройки в соответствии с окружающей обстановкой и с учетом персональных предпочтений пользователя.
Наряду с этим, все больше производителей слуховых средств начинают предлагать теле-аудиологические консультации, во время которых можно проводить небольшие корректировки параметров настройки через приложения к смартфонам. Предполагается, что это позволит в долгосрочной перспективе существенно изменить процесс настройки слуховых аппаратов, сделав его более удобным и гибким. И все же визит к сурдоакустику в специализированный центр слухопротезирования по-прежнему будет играть важную роль.
Искусственный интеллект
Искусственный интеллект, например, в форме алгоритмов, уже давно принимает в слуховых аппаратах решения об автоматическом выборе параметров настройки, особенно микрофона, в зависимости от распознанной слуховой ситуации. При обработке сигналов также применяются и «глубокие нейронные сети», которые приходят на смену привычным методам цифровой обработки сигнала, чтобы, например, лучше распознавать голос желаемого собеседника и целенаправленно его усиливать. После примерно 20-секундного обучения они уже способны выделить каждый отдельный голос из гула голосов. В будущем
они наверняка будут действовать еще быстрее, благодаря чему можно будет
добиться индивидуальной целенаправленной фокусировки на предпочтительном голосе.
Новую жизнь недавно получило и машинное обучение, более высокая форма искусственного интеллекта. С его помощью слуховой аппарат на основе индивидуального выбора предпочтительных звуковых образцов и изменений параметров настройки, сделанных пользователем в зависимости от ситуации, изучает особенности слуха конкретного человека и затем автоматически активирует их в аналогичных ситуациях.
Исследователи предполагают, что именно в области искусственного интеллекта и машинного обучения в будущем можно будет добиться действительно идеальной настройки слуховых аппаратов. Один из путей — обучение искусственного интеллекта читать по губам. Уже сегодня одна з программ, созданная американскими учеными, способна правильно распознавать до 50% слов. Она достаточно хорошо распознает связи между словами, но отдельные слова пока еще не в состоянии расшифровывать, только полноценные фразы.
Больше чем просто хороший слух
Некоторые производители настолько далеко продвинулись в своих разработках, что «научили» свои слуховые аппараты подключаться со специальной интернет-службой, которая помогает связываться с различными
«умными» бытовыми устройствами. Кофеварка, гаражные ворота, которые
автоматически открываются при приближении автомобиля с владельцем слуховых аппаратов, комнатный светильник с датчиками движения — все это можно объединить в единую коммуникационную систему. Инженеры компании считают, что следующим шагом может стать внедрение функции напоминания о необходимости принять лекарство, или о встрече, намеченной в онлайновом календаре.
На одном из недавних европейских Конгрессов акустиков слуха были представлены разработки, предлагающие и другие дополнительные функции. В их число входят медицинские функции, когда слуховой аппарат может собирать данные о здоровье человека, а также возможность прямого перевода с иностранных языков. Ходят слухи, что уже в ближайшем будущем в слуховых аппаратах удастся реализовать функцию стримингового перевода с 27 языков на родной язык пользователя, слышать который можно будет прямо в слуховом аппарате. Ответ владельца при этом автоматически переводится и отображается на дисплее смартфона собеседника. Пока еще для этого требуется подключение смартфона к Интернету, потому что для быстрого перевода нужен внешний искусственный интеллект. Но, так как вычислительная мощность компьютерных чипов возрастает с каждым годом, вполне вероятно, что в ближайшем будущем функция перевода будет действовать непосредственно в слуховом аппарате, и доступ к внешним мощностям станет неактуальным.
Еще один алгоритм, который по уверениям инженеров, окажется полезным — сбор сведений о физическом и умственном здоровье пользователя. Ежедневная подвижность, число преодоленных ступеней, длительность ношения слухового аппарата, социальная активность — все это слуховой аппарат, как заправский шпион, будет считывать, анализировать автоматически, чтобы в случае необходимости передавать информацию родственникам или социальным работникам.
Современные слуховые аппараты представляют собой идеальный инструмент
для сбора биологических данных, способствуют реализации тенденции по проведению самостоятельных измерений, превращая их во вспомогательные
средства для профилактики здоровья. Вполне вероятно, они смогут
измерять кровяное давление, частоту пульса, насыщение крови кислородом, и учитывать эти данные в ходе настройки. А в экстренном случае, например, при угрозе развития инфаркта миокарда или приступа эпилепсии они будут передавать полученные данные лечащему врачу или в медицинское учреждение. Анализ голоса при помощи сенсоров, встроенных в слуховой
аппарат, позволит психологам лучше контролировать эмоциональное
состояние своих пациентов. Вероятно, что аппараты смогут измерять даже
движение жевательной мускулатуры. Это даст информацию о том, сколько человек съел за обедом еды и выпил жидкости. Такая функция может быть полезна в том случае, если владелец слуховых аппаратов попал в больницу и не способен ответить на эти вопросы самостоятельно.
Еще несколько примеров того, насколько смогут быть полезны помимо
предоставления качественного звучания слуховые аппараты своим
владельцам:
- предоставление информации о графике движения нужного слабослышащему человеку поезда
- использование персонального ассистента для решения разных бытовых задач — от построения маршрута движения и заказа еды до консультации во время бесед с другими людьми
В последнее время все больше разработок ведется в области использования слуховых аппаратов незрячими и плохо видящими людьми. Некоторые компании осторожно сообщают, что уже существуют имплантируемые микрочипы, с помощью которых слепые смогут снова видеть при посредстве слуховых аппаратов. Сигналы, записанные камерой, встроенной в специальные очки, будут подвергаться акустическому преобразованию, и передаваться в слуховые аппараты. А их владельцы постепенно научатся вновь преобразовывать эти сигналы в зрительные образы.
Все меньше, меньше и меньше
Миниатюризация слуховых аппаратов уже достигла впечатляющих результатов. Тем не менее ученые предполагают, что скоро появятся абсолютно невидимые устройства, полностью скрывающиеся в теле человека. В частности, известно, то международная группа ученых работает над созданием импланта, способного бесконтактно улавливать малейшие движения слуховых косточек в среднем ухе. Затем эта информация посредством оптоволокна передается прямо на слуховые нервы для их стимуляции.
Максимально невидимые слуховые аппараты есть в линейках многих производителей сурдотехники. Располагаются они очень глубоко в слуховом проходе, почти у самой барабанной перепонки.
Ожидается, что в будущем появится слуховой аппарат, работающий на основе пьезоэлектрического микротелефона. Несмотря на микроразмеры, он сможет обеспечить достаточное усиление и великолепное качество звука.
Слушать с помощью света
Существуют методы, которые позволяют проводить сигналы в слуховой центр разными путями. В настоящее время при помощи не более чем 24 электродов можно осуществлять электрическую стимуляцию 15 000 волосковых клеток улитки, одновременно стимулируя достаточно большие частотные области. Поскольку дальнейшее увеличение числа электродных контактов невозможно из-за того, что это ограничит гибкость электродной решетки и поставит под угрозу проведение имплантации, щадящей остаточный слух, ученым приходится искать новые способы стимуляции. К ним относятся, в частности, оптоакустический и оптогенетический.
Оптоакустический метод предусматривает использование света, точнее, лазерного луча в инфракрасном диапазоне. Предполагается, что короткие, но интенсивные лазерные импульсы приведут к движению жидкости в улитке, то есть к возникновению мини-волн, которые будут вызывать колебания волосковых клеток в улитке, а те, в свою очередь, смогут проводить соответствующие сигналы в мозг. Но для этого требуется наличие функциональных волосковых клеток, а потому эта технология не сможет заменить классическую кохлеарную имплантацию, она может быть применена только в сочетании с классическими электродами кохлеарного импланта для лучшего использования остаточного слуха. В настоящее время ученые пытаются понять, какие световые характеристики необходимы для того, чтобы охватить весь частотный спектр человеческого слуха. Если оптоакустический получит путевку в реальную жизнь, с его помощью весьма вероятно удастся решить проблему возникновения обратной связи, которая может причинить много неудобств владельцам слуховых аппаратов.
При оптогенетическом подходе волосковые клетки подвергаются таким генетическим изменениям, что они становятся чувствительны к свету. Они как бы «получают» молекулярный переключатель света, который можно активировать при помощи светодиодных ламп. Будет ли реализован этот способ — вопрос времени.
Энергия повсюду
Тенденция к миниатюризации при одновременном возрастании мощности и снижении потребления тока, а также увеличение объема памяти в слуховых средствах будет продолжаться, точно так же, как и стремление использовать перезаряжаемые источники энергии (аккумуляторы). Но, наряду с этим, возможно появятся и другие источники энергии. Например:
- Получение энергии на основе тепла человеческого тела или разницы между температурой человеческого тела и окружающей среды
- Получение энергии на основе движений тела или мышц человека
- Получение энергии из окружающей среды, например, на основе мощных электромагнитных полей, таких, как сигнал Wi-Fi, или на основе звуков окружающей среды.
То, что, например, получение энергии во внутреннем ухе человека реально возможно, уже доказала группа исследователей из США в ходе опытов на животных. Об этом сообщалось в специализированном журнале «Nature» еще в декабре 2012 года. Природная генерация электрического напряжения во внутреннем ухе известна с 1952 года. К сожалению, энергия, произведенная во внутреннем ухе, имеет напряжение всего от 70 до 100 милливольт, а энергия, полученная на основе разницы температуры человеческого тела и окружающей среды, примерно 200 милливольт, в то время как стандартная батарейка для слухового аппарата или кохлеарного импланта имеет напряжение величиной 1400 милливольт.
То есть для будущего длительного снабжения энергией или для простой зарядки при помощи источников из окружающей среды нужно, чтобы слуховые аппараты и импланты потребляли гораздо меньше энергии, чем сегодня, в противном случае им не будет хватать полученной таким способом энергии.
Стволовые клетки — реальная альтернатива?
Помимо усовершенствования слуховых технологий, ученые работают и над тем, чтобы в будущем можно было излечить или, по крайней мере, ослабить повреждения слуха, а также предотвратить их возникновение. Особый интерес в этой связи имеют стволовые клетки, как внедренные в организм, так и активированные или восстановленные с помощью медикаментов. Группе ученых в ходе опытов, проведенных на крысах и мышах, с помощью эмбриональных стволовых клеток удалось восстановить поврежденное внутреннее ухо или улучшить его настолько, что с его помощью снова стало возможно слышать. Однако должно пройти еще немало времени до момента, как этот метод станет доступным для человека.
Несмотря на все достижения современной науки, пользователи слуховых аппаратов по-прежнему нуждаются в профессиональном сопровождении сурдоакустиков, которые простым и доступным языком будут объяснять преимущества слуховых аппаратов, подбирать и настраивать их таким образом, чтобы они приносили своим владельцам максимальную пользу.
Возможно, в будущем некоторые особенно полезные дополнительные функции, реализованные в сурдотехнике, вдохновят хорошо слышащих людей стать частью сообщества владельцев слуховых аппаратов.
Представленные в этом материале проекты и тенденции образуют, так сказать, только верхушку айсберга. Потому что в научных лабораториях и исследовательских центрах проводится достаточно большое число исследований, о которых учены еще не готовы сообщить миру. Нам остается лишь ждать!
Материал подготовлен на основе статьи журналиста Ани Фациус, опубликованной в журнале «Spektrum Hören»
P.S. Нужно ли бояться будущего
Многие новые изобретения и разработки были встречены обществом весьма скептически. Так, например, в 1890 году президент США Бенджамин Гаррисон не осмеливался включать и выключать электрический свет, проведенный в Белый Дом, потому что боялся, что его может убить током. Когда в 1813 году по рельсам проехал первый паровоз с «бешеной» скоростью восемь километров в час, его пассажиры опасались заболеть воспалением легких из-за обдувающего их ветра или сойти с ума от высокой скорости. Электрический ткацкий станок, пароход и даже телефон тоже были встречены с большим сомнением и даже подвергались нападкам. А кинофильмы, в которых власть на Земле захватили компьютеры или роботы, сделали все возможное, чтобы поддержать в людях эти страхи. Успокаивает лишь то, что настоящий искусственный интеллект до сих пор не создан. Речь пока еще идет о программируемых процессах, которые всецело опираются на фантазию программиста. Хотя... уже известно об искусственном интеллекте, которые умеет самостоятельно писать программы для других искусственных интеллектов....