Tým výzkumníků dosáhl toho, co se zdálo jako science fiction: vytvořil naslouchátko schopné rozpoznat, který rozhovor chce uživatel poslouchat, a zesílit pouze tento hlas, přičemž ostatní ponechá v pozadí.

Systém funguje na základě interpretace elektrické aktivity mozku v reálném čase, kterou jeho tvůrci popisují jako „neurální prodloužení“ posluchače. Přestože se stále jedná o prototyp se značnými omezeními, mohl by pomoci 430 milionům lidí na celém světě, kteří trpí ztrátou sluchu.

Koktejlový efekt: těžko napodobitelný talent mozku

Neurovědci nazývají naši schopnost izolovat konkrétní hlas uprostřed ruchu večírku nebo setkání „problém koktejlového večírku“. Ačkoli je to pro mozek vyčerpávající, náš mozek se dokáže téměř automaticky soustředit na řečníka, který nás zajímá, a všechny ostatní rozhovory odsunout do pozadí. Tento mechanismus je však při zhoršeném sluchu značně narušen a běžná sluchadla ho nedokážou napodobit.

Dnešní nejmodernější přístroje již dokážou rozlišit lidské hlasy od okolního hluku, například úderů, cinkání nebo cvakání, ale nedokážou vybrat jeden hlas z několika. Pro ty, kdo se spoléhají na tato zařízení, zůstávají restaurace, kanceláře nebo rodinné večeře s více rozhovory utrpením, které způsobuje značnou únavu sluchu.

Sluch a jeho podceňovaný význam

Máme tendenci podceňovat sluch ve srovnání se zrakem, možná proto, že jsme denní živočichové a zrak zabírá většinu naší vědomé pozornosti. Ostatní smysly však v sobě skrývají úžasnou propracovanost. Nervová soustava je schopna rozpoznat rozdíly pouhých 10 mikrosekund od příchodu zvuku do každého ucha a určit tak jeho původ, jediná sekunda pojme 100 000 intervalů této délky. Kromě toho vnímáme extrémně slabé zvuky i přes zdi a rozlišujeme nejen výšku tónu, která závisí na frekvenci vlnění, hlasitost, která souvisí s jejich amplitudou, ale také barvu, určenou kombinací vln, z nichž se každý zvuk skládá.

Velká část tohoto zpracování neprobíhá v samotném uchu, ale v mozku, který zachycené informace zpracovává. Z toho by se dalo odvodit, že by stačilo zesílit všechny zvuky a zbytek nechat na mysli. Skutečnost je však mnohem složitější: ti, kdo trpí ztrátou sluchu, dobře vědí, že v určitém prostředí sluchadla zesilují bez rozlišení a nakonec jsou spíše překážkou než pomocí.

Umělá inteligence a elektrody: jak prototyp funguje

Nima Mesgarani, hlavní autor výzkumu, shrnuje: „Vyvinuli jsme systém, který funguje jako neuronové rozšíření uživatele a využívá přirozenou schopnost mozku filtrovat všechny zvuky ve složitém prostředí a dynamicky izolovat konkrétní konverzaci, kterou chcete slyšet.

Výzkumníci pracovali s pacienty s epilepsií, kteří již měli z klinických důvodů implantované elektrody v lebce. Vycvičili model umělé inteligence, aby interpretoval elektrické signály zaznamenané těmito senzory a v reálném čase odvodil, na které zvukové vlny se každý subjekt soustředí. Na základě těchto informací experimentální naslouchátko zesilovalo pouze hlas osoby, jíž uživatel věnoval pozornost. Výsledky byly jednoznačné: zlepšení porozumění bylo pozoruhodné a velká většina účastníků dala tomuto systému přednost před běžnými sluchadly.

„Aby to fungovalo v reálném čase, musí být systém velmi rychlý, přesný a stabilní, aby byl zážitek pro posluchače příjemný,“ říká Mesgarani. Tato rychlost a spolehlivost byla podle týmu možná díky použití algoritmů umělé inteligence optimalizovaných pro okamžité zpracování mozkových signálů.

Slibné, ale se značnými překážkami

Vishal Choudhari, spoluautor článku, zdůrazňuje rozsah úspěchu: „Hlavní nezodpovězenou otázkou bylo, zda se technologie mozkově řízeného slyšení může posunout za hranice postupných pokroků směrem k prototypu, který by někomu pomohl lépe slyšet v reálném čase. Poprvé jsme ukázali, že takový systém, který čte mozkové signály a selektivně zlepšuje konverzaci, může poskytnout jasný přínos v reálném čase.

Mesgarani zase hledí do budoucnosti: „Tato věda nám umožňuje uvažovat nad rámec tradičních naslouchadel, která pouze zesilují zvuk, o budoucnosti, kdy technologie dokáže obnovit selektivní a sofistikovaný sluch lidského mozku. Odborníci však varují, že cesta ke skutečnému klinickému využití je dlouhá. Bude třeba výrazně snížit výrobní náklady, prokázat bezpečnost zařízení a především systém vyžaduje implantaci elektrod do lebky, což je invazivní zákrok s vlastními riziky.

Tato technologie sice není konečným řešením pro lidi se ztrátou sluchu, ale poskytuje něco, čeho zatím žádný jiný přístup nedosáhl: přímé propojení záměru posluchače s tím, co sluchadlo zesiluje. Avšak ne všichni neslyšící mohou tuto technologii (nebo její budoucí verze) využít. Pokud je například ztráta sluchu úplná, tento typ sluchadla situaci nevyřeší.