神经自适应助听器能否走向实用?——一项耳周脑电+助听器研究

脑机接口星球 2026-10-08 08:00

试想身处嘈杂的餐厅,三五人同时交谈,助听器用户最大的困扰,就是无法让设备“只听我想听的那个人说话”。这正是被称为“鸡尾酒会问题”的听力难题。近日,一篇发表于《Hearing Research》期刊的研究,尝试用轻巧可穿戴的耳周脑电图(EEG)配合便携式助听器硬件,把“正在听谁”这件事从大脑信号里实时解码出来,为真正理解使用者意图的神经自适应助听器迈出关键一步。

将耳周脑电与助听器设备结合

解码听觉注意的核心原理,在于大脑在追踪被关注语音时会产生更强的神经响应。研究者借助时间响应函数模型,从脑电信号中反推语音包络,从而判断听者正在注意哪位说话人。

神经自适应助听器能否走向实用?——一项耳周脑电+助听器研究图1

©Hearing Research/Sonova

该研究共招募28名受试者,剔除设备脱落、听力异常与技术故障样本后,21人用于户外模块数据分析,20人用于实验室模块,均为听力正常者。实验中,受试者佩戴耳后柔性cEEGrid电极与便携式助听器研究平台PHL,先后完成实验室基线、户外静坐、户外行走及实验室后测三组模块,总时长约180分钟。

结果显示,在实验室静止条件下,耳周脑电图能够复现经典趋势。单说话人场景的语音重建精度高于双说话人注意场景,而双说话人条件下被注意语音又显著优于被忽略语音,解码响应峰值约出现在200毫秒,与经典听觉注意解码特征吻合。

不过,与同一批受试者使用传统32通道脑电帽的结果相比,cEEGrid的重建精度与效应量整体偏低,原因在于耳周电极空间覆盖不足、信噪比下降。这证明非侵入式耳周设备用于助听器具备可行性,但精度仍有差距。

不算成功但是重要的发现

最受关注的是户外真实街道环境的表现。在户外静坐条件下,双说话人被注意语音的重建显著优于被忽略语音,峰值约250毫秒。而在户外行走条件下,研究者同样观测到“注意高于忽略”的统计学差异——单看这一解码指标,似乎证明耳周EEG设备在行走时也能完成听觉注意解码。

然而一个细节暴露了异常:行走条件下的解码响应峰值竟偏移到约100毫秒,与经典200毫秒的神经特征严重不符。

真正揭穿真相的是另一种分析思路。研究者改用正向编码模型,从语音包络预测脑电信号,绘制出可解释的时间响应函数波形。在实验室条件下,注意与忽略语音的波形清晰可分;而到了户外行走场景,无论注意还是忽略语音,波形都出现极强的三相响应,峰值分别位于63毫秒、102毫秒和150毫秒,且两种条件的模型权重几乎没有区别。

这种幅度异常增大、时间窗被压缩到早期毫秒区间的信号,明显不符合真实皮层神经响应特征,研究者据此判定其为伪迹而非大脑活动。

伪迹并非滤波所造成——研究者用未经滤波的原始数据重复正向建模,伪迹依然存在,只是幅度形态改变;户外静坐的原始数据中也存在幅度更小的同类伪迹,而实验室模块完全未见。

更关键的是,伪迹幅度与被试的模型预测精度显著正相关,伪迹越强的受试者得到的注意解码指标越高,行走下解码时间峰位移到伪迹对应的100毫秒,说明解码性能被伪迹污染虚高。

研究者推测,最可能的原因是户外模式下助听器耳机线缆、外壳与耳周电极发生物理接触,形成与语音时间锁相的硬件电磁干扰。

任重道远:轻量化设备的神经编解码

这项研究带来的最大警示是方法论层面的:面向应用的移动脑电听觉注意解码,绝不能只盯着解码性能指标,还必须搭配可解释的正向编码模型,校验信号的真实生理属性,否则硬件伪迹会制造出“解码成功”的虚假表象。

同时,将耳周EEG电极与助听器硬件整合时,必须优先评估两者间的物理接触与电磁串扰。研究者强调,耳周可穿戴设备目前更适合静止场景,要移植到日常行走环境,还需解决硬件干扰并开发在线实时验证机制,神经自适应助听器才能真正走进生活。

关于研究团队与索诺瓦公司

这项研究是德国奥尔登堡大学跨实验室与工业界合作产出的成果,核心依托德国精英集群Hearing4all(面向听觉科学的卓越科研平台),团队集合移动脑电基础科研、听觉认知神经科学、助听器工业研发多方力量,学术机构集中在卡尔・冯・奥尔登堡大学,同时联合全球助听器企业索诺瓦(Sonova)的研发人员共同完成。

神经自适应助听器能否走向实用?——一项耳周脑电+助听器研究图2

©Sonova

索诺瓦消费听力有限公司(Sonova Consumer Hearing GmbH)是瑞士Sonova集团全资子公司,注册与办公地点位于德国汉诺威 (Hannover)。2022 年,Sonova收购森海塞尔Sennheiser消费音频业务之后成立该主体,获得森海塞尔品牌授权,运营耳机、音频可穿戴设备、消费级听力增强硬件业务;而森海塞尔专业麦克风、广播音频业务仍然归属于森海塞尔原公司独立运营Sennheiser。

母公司Sonova是全球听力护理行业龙头,旗下核心助听器品牌包括峰力Phonak、优利康Unitron,人工耳蜗品牌Advanced Bionics,业务覆盖超过100个国家。

这家德国子公司除面向普通消费者开发耳机、TV 音频接收器、消费级助听可穿戴之外,同时承担前沿听力硬件科研原型开发、产学研合作,和德国奥尔登堡大学Hearing4all卓越听觉科研集群保持长期联合研究,本次论文的合作作者Kamil Adiloglu即隶属于该公司Sonova。

在本项AAD听觉注意解码研究中,该团队提供了PHL便携式助听器研究平台(Portable Hearing Lab),这套硬件专门面向科研,集成微型单板计算机、电池、耳背式助听器原型、多模态时间同步工具LSL,可以在户外移动环境同步播放语音刺激、记录脑电、采集实验标记,是论文户外OTL实验得以开展的核心工程基础。

参考:Thorge Haupt, Lisa Straetmans, Kamil Adiloglu, Martin G. Bleichner, Stefan Debener, Exploring Auditory Attention Decoding to go with mobile and portable hardware, Hearing Research. https://doi.org/10.1016/j.heares.2026.109817.


神经自适应助听器能否走向实用?——一项耳周脑电+助听器研究图3

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