Модификация атрибуции пространственного слуха с помощью тренировки

Важность пространственного слуха

Пространственный слух является важной частью нашей повседневной жизни, поскольку он позволяет локализовать источники звука и улучшает понимание речи в сложных условиях (Litovsky et al., 2021). Это исследование сосредоточено на пространственном слухе в горизонтальной плоскости. Слушатели с нормальным слухом полагаются на два бинауральных признака для горизонтальной локализации—а именно, на интерауральную временную разницу (ITD, Interaural Time Difference), разницу во времени прихода звука к каждому уху, и интерауральную уровень разницу (ILD, Interaural Level Difference), разницу в уровне звукового давления, полученном в обоих ушах (например, Stecker & Gallun, 2012).

Влияние тренировки на пространственный слух

Мы заинтересованы в том, как вклад этих двух признаков в локализацию может быть изменён обучением. Такое изменение может помочь при локализации звуков в сложных условиях, в которых вклад бинауральных признаков часто не оптимален (например, Ihlefeld & Shinn-Cunningham, 2011) или при использовании слуховых устройств, таких как кохлеарные импланты, которые ограничивают доступ к одному из признаков (например, Laback et al., 2004).

Теория дуплекса в локализации звука

В то время как ITD доминирует в восприятии на низких частотах (и широкополосных звуках), ILD доминирует на высоких частотах. Это известно как теория дуплекса локализации звука (Ahrens et al., 2020; Klingel & Laback, 2022; Macpherson & Middlebrooks, 2002; Strutt, 1907). Традиционно, это соотношение бинауральных признаков измерялось с помощью настройки участниками одного из признаков, пока стимул с фиксированным значением другого признака не будет воспринят как центральный, что даёт соотношение торговли (например, Deatherage & Hirsh, 1959). Однако этот метод приводит к более сильной атрибуции к регулируемому признаку из-за смещения внимания (Lang & Buchner, 2008) или адаптации, специфичной для признаков (Moore et al., 2020).

Влияние окружающей среды на бинауральные признаки

Хотя соотношение бинауральных признаков в основном зависит от частотного состава звука, существуют и другие влияющие факторы. Например, соотношение также зависит от общего уровня звука (David et al., 1959; Deatherage & Hirsh, 1959), интеркликационного интервала звуковых сигналов (Stecker, 2010) или акустических характеристик помещения (Ihlefeld & Shinn-Cunningham, 2011; Rakerd & Hartmann, 2010). Кроме того, наблюдается значительная вариация между участниками (Klingel et al., 2021; Macpherson & Middlebrooks, 2002).

Адаптация в локализации звука

Эта зависимость от стимулов, окружающей среды и личных факторов не удивительна, учитывая, что слушатели адаптируются к изменениям признаков при локализации звуков (см. обзоры Carlile, 2014; King et al., 2011; Wright & Zhang, 2006). Такая адаптация может быть результатом перенастройки (то есть, построения новых ассоциаций между признаками локализации звука и их соответствующими местоположениями в пространстве; например, Shinn-Cunningham et al., 1998) или повторного взвешивания (то есть, увеличения относительного веса неизменённых или надежных признаков по сравнению с изменёнными или ненадёжными признаками).

Методики проведения экспериментов

В данном исследовании мы вводим протокол тренировки для повторного взвешивания бинауральных признаков, который использует простую задачу дискриминации слева/справа и одновременные адаптивные лестницы 2 вниз-1 вверх для увеличения веса ITD или ILD. Мы оцениваем его на звуковых сигналах, для которых закрепление бинаурального веса было успешно обеспечено с помощью аудиовизуальной тренировки (Klingel et al., 2021), чтобы проверить, можно ли достичь повторного взвешивания с помощью этого протокола, который не требует сложного оборудования виртуальной реальности (и, следовательно, может быть реализован на обычном настольном компьютере/планшете/мобильном телефоне).

Участники

В эксперименте участвовали 36 участников (возрастной диапазон: 19–58 лет; 18 женщин). Четырнадцать участников были распределены в группу ITD, 11 — в группу ILD (каждая группа тренирована для увеличения веса соответствующего признака), в то время как 11 участников входили в контрольную группу без тренировки. Все кроме трёх участников имели нормальный слух (≤ 20 дБ HL на частотах от 250 до 8000 Гц). У оставшихся трёх участников пороги были ≤ 35 дБ HL, но ≤ 20 дБ HL на центральной частоте используемых в данном исследовании стимулов.

Оборудование и стимулы

Во время эксперимента участники сидели за столом внутри звукоизолированной кабины, содержащей дисплей, клавиатуру и наушники. Эксперимент контролировался компьютером, установленным вне кабины и работавшим с помощью программного обеспечения, написанного на MATLAB с использованием Psychtoolbox-3 для управления экспериментом, генерации стимулов и сбора ответов. Бинауральные звуковые сигналы генерировались с помощью внешней звуковой карты (RME Fireface 400) и воспроизводились через наушники (в группе контроля и ILD использовались Sennheiser HD 800 S, а в группе ITD - Audeze LCD-X, которая проводила исследование после других групп).

Процедура эксперимента

Эксперимент проводился в течение трёх последовательных дней. В первый день все участники прошли подготовку для того, чтобы познакомиться с задачей, и прошли первую оценку (предварительное тестирование). Кроме того, участники, принадлежащие к одной из тренировочных групп, провели свою первую тренировочную сессию. На второй день только участники, принадлежащие к одной из тренировочных групп, посетили и завершили вторую тренировочную сессию. На третий день участники, принадлежащие к одной из тренировочных групп, провели свою третью тренировочную сессию, и все участники прошли вторую оценку (посттест).

Обсуждение обнаружений

Наша работа показала, что модификация веса бинауральных признаков может быть достигнута с помощью простой задачи дискриминации. Тренировка может быть более доступной для широкой аудитории, включая нормально слышащих людей, которые, возможно, не используют оптимальное взвешивание признаков в различных условиях. Учитывая это, дальнейшие исследования могут сосредоточиться на том, как переобучение может помочь пользователям слуховых аппаратов установить более эффективные стратегии обработки звуковых сигналов.