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Electrical stimulation is delivered to auditory nerve (AN) through the electrodes in cochlear implant system. Neurogram is a spectrogram that includes information of neural response to electrical stimulation. We hypothesized that the similarity between a neurogram and an input-sound spectrogram coul...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 인공와우 전기자극 방식 중 중요한 요소인 DR과 SRC를 신경모델을 이용한 객관적인 평가 방법을 제시하고자 한다[8,9]. 자극 기법에 따른 인공와우 시스템의 효과를 평가하기 위하여 입력신호와 자극된 신경 반응의 유사성을 비교평가 하였다.
  • 본 연구에서는 cochlear implant시스템에서 전기자극을 더 효과적으로 주기 위해 SRC와 DR을 변경하며 입력 음성 신호spectrogram과 신경반응 neurogram의 유사성을 평가하였다. 두 이미지의 유사성을 평가하는 것은 SSIM index를 이용하였는데, 그 결과는 그림 7을 보면 알 수 있다.

가설 설정

  • 이러한 평가의 방법으로서, 입력음성신호를 주파수 별로 나누어 음성신호의 크기를 밝기로 표현한 spectrogram과 입력음성신호를 전기자극으로 변환하여 자극한 신경반응을 나타낸 neurogram의 유사성을 비교하였다. 입력음성신호 spectrogram과 그에 따른 신경반응 neurogram이 유사할수록 실제음성과 유사하게 들린다고 가정하고, 두 이미지가 유사할수록 인공와우 시스템의 효과적인 자극 기법이라고 평가하였다.
  • 지름이 0.45 mm인 전기자극용 전극을 9번째 랑비에르 결절 위에 위치 시켰으며, 전극과 신경 사이의 공간은 저항률이 3 kΩ·cm 인 물질로 채우고 있다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
채널 간 간섭효과를 해결하기 위해 연구되는 어음처리방식에는 무엇이 있는가? 이 때, 동시에 근접된 전극을 통해 자극하게 되면, 다른 채널의 자극들이 여러 신경의 반응 특성에 영향을 주어 채널 간 간섭효과(channel interaction)가 발생하는 단점이 있다[2]. 이러한 단점을 해결하기 위하여 전기 자극 신호처리를 위한 여러 가지 어음처리방식들이 연구 되고 있으며, 대표적으로 CIS, ACE, SPEAK등이 있다. 이러한 여러 어음처리방식 사용시 인공와우 시스템의 신경자극 효과에 대하여 많은 연구가 진행되고 있으며[3,4],자극하는 전극의 수, 전극 삽입 깊이, 포락선(envelope) 추출을 위한 저역통과필터 차단주파수(low pass filter cut off frequency) 등과 같은 자극기법도 많이 연구되고 있다[1,5,6].
인공와우 시스템은 무엇인가? 인공와우(cochlear implant, CI) 시스템은 유모세포의 손실로 인해 외부자극이 청신경으로 전달되지 않는 경우에, 전극을 통해 전기 자극을 청신경으로 전달함으로써 자극에 대한 신경반응이 일어나게 한다. 소리 정보를 청신경으로 전달하기 위해 인공와우 시스템은 입력된 외부의 소리를 주파수 밴드 별로 필터링(filtering)하게 된다.
인공와우의 단점은 무엇인가? 필터 된 채널 별 신호는 전기 자극인 펄스형태로 변환되고, 변환된 전기자극은 각각의 채널 별 전극을 통해 전기신호로 전달되어 청신경을 자극하게 된다[1]. 이 때, 동시에 근접된 전극을 통해 자극하게 되면, 다른 채널의 자극들이 여러 신경의 반응 특성에 영향을 주어 채널 간 간섭효과(channel interaction)가 발생하는 단점이 있다[2]. 이러한 단점을 해결하기 위하여 전기 자극 신호처리를 위한 여러 가지 어음처리방식들이 연구 되고 있으며, 대표적으로 CIS, ACE, SPEAK등이 있다.
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참고문헌 (21)

  1. P. C. Loizou, "Introduction to cochlear implants," IEEE Eng Med Biol Mag, vol. 18, pp. 32-42, 1999. 

  2. M. W. White, M. M. Merzenich, and J. N. Gardi, "Multichannel Cochlear ImplantsChannel Interactions and Processor Design," Arch Otolaryngol, vol. 110, pp. 493-501, 1984. 

  3. M. W. Skinner, L. K. Holden, L. A. Whitford, K. L. Plant, C. Psarros, and T. A. Holden, "Speech recognition with the nucleus 24 SPEAK, ACE, and CIS speech coding strategies in newly implanted adults," Ear Hear, vol. 23, pp. 207-223, 2002. 

  4. 김진호 and 김경환, "청각신경 시냅스의 적응 효과를 이용 한 인공와우 어음처리 알고리즘의 개선에 대한 시뮬레이션 연구," 대한의용생체공학회 의공학회지, vol. 28, pp. 205- 211, 2007. 

  5. M. F. Dorman, P. C. Loizou, and D. Rainey, "Simulating the effect of cochlear-implant electrode insertion depth on speech understanding," J. Acoust. Soc. Am, vol. 102, pp. 2993- 2996, 1997. 

  6. Q. J. Fu and R. V. Shannon, "Effect of stimulation rate on phoneme recognition by nucleus-22 cochlear implant listeners," J Acoust Soc Am, vol. 107, pp. 589-597, 2000. 

  7. Q. J. Fu and R. V. Shannon, "Effects of dynamic range and amplitude mapping on phoneme recognition in Nucleus-22 cochlear implant users," Ear Hear, vol. 21, pp. 227-235, 2000. 

  8. J. Woo, C. A. Miller, and P. J. Abbas, "Biophysical model of an auditory nerve fiber with a novel adaptation component," IEEE Trans Biomed Eng, vol. 56, pp. 2177-2180, 2009. 

  9. A. L. Hodgkin and A. F. Huxley, "Currents carried by sodium and patassium ions through the membrane of the giant axon of Loligo," J. Physiol., vol. 116, pp. 449-472, 1952. 

  10. M. C. Liberman and M. E. Oliver, "Morphometry of intracellularly labeled neurons of the auditory nerve: correlations with functional properties," J Comp Neurol, vol. 223, pp. 163-176, 1984. 

  11. H. Mino, J. T. Rubinstein, and J. A. White, "Comparison of algorithms for the simulation of action potentials with stochastic sodium channels," Ann Biomed Eng, vol. 30, pp. 578-587, 2002. 

  12. C. v. d. Honert and J. T. Mortimer, "The response of the myelinated nerve fiber to short duration biphasic stimulating currents," Ann Biomed Eng, vol. 7, pp. 117-125, 1979. 

  13. P. Loizou, "Mimicking the human ear," IEEE Signal Process. Mag., vol. 15, pp. 101-130, 1998. 

  14. B. Kelly, "Continuous Interleaved Sampled (CIS) Signal Processing Strategy for Cochlear Implant : MATLAB Simulation Program," B.S., Bioengineering, Syracuse University, 2006. 

  15. Cochlear., "Nucleus Cochlear Implants:Physicians Package Insert," ed, 2010. 

  16. J. Woo, C. A. Miller, and P. J. Abbas, "Simulation of the electrically stimulated cochlear neuron: modeling adaptation to trains of electric pulses," IEEE Trans Biomed Eng, vol. 56, pp. 1348-1359, 2009. 

  17. Z. Wang, A. C. Bovik, H. R. Sheikh, and E. P. Simoncelli, "Image quality assessment: from error visibility to structural similarity," IEEE Trans Image Process, vol. 13, pp. 600-612, 2004. 

  18. F. Zhang, C. A. Miller, B. K. Robinson, P. J. Abbas, and N. Hu, "Changes across time in spike rate and spike amplitude of auditory nerve fibers stimulated by electric pulse trains," J Assoc Res Otolaryngol, vol. 8, pp. 356-372, 2007. 

  19. D. H. Klatt, "Software for a cascade/parallel formant synthesizer," J Acoust Soc Am, vol. 67, pp. 971-995, 1980. 

  20. H. T. Bunnell. (1999). Available: www.asel.udel.edu/speech/tutorials/synthesis 

  21. P. C. Loizou, O. Poroy, and M. Dorman, "The effect of parametric variations of cochlear implant processors on speech understanding," J Acoust Soc Am, vol. 108, pp. 790-802, 2000. 

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