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Theresa Linke

• Background Cochlear Implants (CIs) provide near normal speech intelligibility in quiet environments to individuals suffering from sensorineural hearing loss. Perception of speech in situations with competing background noise and especially music appraisal however are still insufficient. Hence, improving speech perception in ambient noise and music intelligibility is a core challenge in CI research. Quantitatively assessing music intelligibility is a demanding task due to its inherently subjective nature. However, previous approaches have related electrophysiological measurements to speech intelligibility, a corresponding relation to music intelligibility, can be assumed. Recent studies have investigated the relation between results obtained from hearing performance tests and Spread of Excitations (SoEs) measurements. SoE functions are acquired by measuring Electrically Evoked Compound Action Potentials (ECAPs) which represent the electrical response generated in the neural structures of the auditory nerve. The parameters designed to describe SoE functions are used to estimate the dispersal of the electric field in the cochlea. The quality of spatial separation of the electrical field generated by adjacent electrodes are assumed to correlate with hearing performance measures. Aim of study This study investigated the relation of parameters derived by ECAP measurements and perceptive skills which aim to access the level of speech and music intelligibility in CI users. In addition, the ratings assessed in a questionnaire on self-rated music intelligibility were correlated to a test battery consisting of measures for speech reception threshold (SRT) in noise (Oldenburger Satztest (OLSA)) and music intelligibility (Adaptive Melody-Pattern-Discrimination Test (AMPDT)). We hypothesised that results from this test battery correlated to subjective ratings and measures describing SoE functions. Methods The patient collective covered 17 well-experienced bilateral CI listeners (8 females, 9 males) between the age of 14 and 77 years with a minimum CI experience of two years. Music enjoyment and self-rated musicality was evaluated by means of a questionnaire. The AMPDT included two psychoacoustic tests: timbre difference discrimination threshold (TDDT) and background contour discrimination threshold (BCDT). The accentuation of harmonics in a foreground melody created a background melody. Accentuation was realised by sound level increment, frequency detuning and onset asynchrony. Subjects had to detect target intervals comprising both foreground and background melody by discriminating timbre differences in a Three-Interval Three-Alternative Forced-Choice (3I3AFC) procedure. In a One-Interval Two-Alternative Forced-Choice (1I2AFC) procedure, subjects had to classify the background melody’s contour. SoE was measured via a spatial forward-masking paradigm. A basal, medial and apical recording electrode was measured. Probe electrodes were one electrode position apical to the recording. The width of normalised SoE functions was calculated at their 25 % and 50 % level (excitation distance (DIST)). Furthermore, exponential functions were calculated for SoE profiles with more than three data points for each side. The OLSA assessed SRT in noise. The noisy environment was presented through an array of four loudspeakers (MSNF). The Fastl noise-condition allows to make use of gap listening representing the temporal characteristics of speech as a fluctuating noise. The OLnoise-condition is a continuous noise resulting in a maximum portion of masking. Results We found that background melody contour classiffication (BCDT) is more challenging to CI users than the detection of small perceptual timbre differences (TDDT). Background melody contour classification was possible with harmonic accentuation by sound level increment whereas accentuation by onset asynchrony was more demanding. CI users failed in background melody contour classification obtained by frequency detuning. SRTs assessed in the OLSA were significantly lower in the OLnoise than in the Fastl noise masking condition. A number of N = 90 SoE functions were acquired from ECAP measurements, in which N = 48 showed a clearly present ECAP response. The DIST at the 25 % and 50 % level was narrower for the basal than for the apical and medial electrode. SoE functions showed asymmetric profiles with larger amplitudes towards the basal end of the cochlea. Correlation analysis between the AMPDT, OLSA and DISTs showed no significant correlation. Correlation analysis between the AMPDT, OLSA and the questionnaire’s results could not prove that musical activities (music listening, singing or playing instruments) improve music intelligibility. However, CI supply has restored the importance of music, self-rated musicality and musical enjoyment in this study’s subjects. Conclusions The present study’s results imply that CI listeners are only able to detect distinct timbre alterations throughout the course of a musical piece whereas they cannot discriminate background melodies hidden in a pattern of complex harmonic sounds. Furthermore, SoE measurements do not seem to be an adequate tool to predict neither speech nor music intelligibility in CI listeners, contrary to our initial hypothesis. This finding is consistent with a number of studies who did not find a correlation between music or speech intelligibility and channel interactions assessed by SoE measurements. It can be concluded that albeit CI supply restores musical enjoyment in patients with sensorineural hearing loss, music perception is still poor and does not significantly improve by regular musical activities such as listening to music, singing or playing instruments.
• Hintergrund Cochlea Implantate (CI) erlauben Patienten mit sensorineuralem Hörverlust und günstigen Voraussetzungen ein nahezu normales Sprachverstehen in Ruhe. Das Sprachverstehen im Störgeräusch und insbesondere die Hörqualität von Musik sind hingegen noch unzureichend und stellen eine große Herausforderung dar. Die objektive Messung der Musikhörqualität ist aufgrund der individuell unterschiedlichen Empfindung anspruchsvoll. Der Zusammenhang zwischen elektrophysiologischen Messungen und Sprachdiskrimination ist Gegenstand aktueller Forschung - ein Zusammenhang mit Musikhörleistungen kann daher angenommen werden. Jüngste Studien haben die Zusammenhänge zwischen Sprachdiskriminationstests und Spread of Excitation (SoE) Messungen untersucht. SoE Funktionen werden durch die Messung elektrisch evozierter Summenaktionspotenziale (ECAP) generiert. Diese repräsentieren die in den neuralen Strukturen des Hörnervs generierte elektrische Reizantwort. Parameter zur Beschreibung der SoE Funktionen dienen der Abschätzung der Verteilung des elektrischen Feldes in der Cochlea. Es wird angenommen, dass die Güte der Trennung der elektrischen Felder benachbarter Elektroden mit den Ergebnissen psychophysischer Tests korreliert. Fragestellung Diese Studie untersucht den Zusammenhang zwischen aus ECAP Messungen abgeleiteten Parametern und Ergebnissen aus Sprach- sowie Musikdiskriminationstests bei CINutzern. Es wird erwartet, dass CI-Nutzer mit selbst eingeschätzt guter Musikdiskrimination ein besseres Sprachverstehen im Störgeräusch zeigen und in musik-psychoakustischen Tests günstiger abschneiden. Es wirdweiterhin angenommen, dass bei diesen CINutzern eine selektivere Anregung der entsprechenden Neurone durch das CI besteht. Methoden An der Studie nahmen 17 erfahrene bilateral versorgte CI-Nutzer (8 weiblich, 9 männlich) im Alter von 14 bis 77 Jahren mit einer minimalen Nutzungsdauer von 2 Jahren teil. Mit einem Fragebogen wurde die selbst eingeschätzte Musikalität sowie die Musikhörqualität vor und nach der CI Versorgung bewertet. Durch ein psychoakustisches Verfahren (Adaptiver Melodien-Muster-Diskriminationstest (AMPDT)) wurde die Klangfarbendiskrimination (TDDT) und Hintergrundmelodiediskrimination (BCDT) geprüft. Die Akzentuierung Harmonischer in einer Vordergrundmelodie erzeugte eine Hintergrundmelodie. Die Teiltöne wurden im Pegel, in der Frequenz oder im zeitlichen Einsatzzeitpunkt variiert. Aufgabe war es, das Intervall mit gleichzeitiger Darbietung von Vorder- und Hintergrundmelodie durch Klangfarbenunterschiede in einem Three-Interval Three-Alternative Forced-Choice (3I3AFC) Verfahren zu erkennen. In einem One-Interval Two-Alternative Forced-Choice (1I2AFC) Verfahren musste die Kontur der Hintergrundmelodie erkannt werden. SoE Funktionen wurden durch ein Masker-Probe-Verfahren bestimmt. Zur Messung wurden eine basale, mediale und apikale Elektrode verwendet. Die Testelektrode befand sich eine Position apikal der Aufnahmeelektrode. Die SoE Funktionen wurden über die "Breite" auf 25 %- und 50 % Niveau beschrieben (Exzitationsdistanz (DIST)). Zudem wurden für die SoE Funktionen Exponentialfunktionen berechnet. Die Sprachverständlichkeitsschwelle (SRT) im räumlich getrennt dargebotenen Störgeräusch (Multi-Source Noise Field) wurde im OLSA-Testverfahren bestimmt. Es wurden zwei Störgeräusche verschiedener Modulationscharakteristik verwendet. Ergebnisse Es zeigte sich, dass die Diskrimination der Hintergrundmelodie eine größere Herausforderung für CI-Nutzer darstellt als die Diskrimination von Klangfarbe. Die Akzentuierung durch Pegelerhöhung ermöglichte die Erkennung der Hintergrundmelodie, wohingegen dies durch Variation des Einsatzes nur teilweise gelang. Die CI-Nutzer scheiterten am Erkennen der Hintergrundmelodie durch Frequenzverstimmung. Die im OLSA erfasste SRT war im OLnoise- signifikant niedriger als im Fastl-Rauschen. Aus der ECAP Messung wurden N=90 SoE Funktionen berechnet. Davon zeigten N=48 eine deutliche ECAP Antwort. Die Exzitationsdistanz war kürzer an der basalen im Vergleich zur apikalen und medialen Elektrode. Die SoE Funktionen zeigten in Richtung des basalen Endes der Cochlea asymmetrische Profile mit größeren Amplituden. Die Korrelationsanalyse zwischen AMPDT, OLSA und DIST ergab keine signifikanten Korrelationen. Die Korrelationsanalyse konnte zudem nicht zeigen, dass musikalische Aktivitäten (Musik hören, singen oder Instrument spielen) die Musikdiskrimination beeinflussen. Jedoch konnte die CI-Versorgung die Bedeutung von Musik, die selbstevaluierte Musikalität und den Musikgenuss bei den Probanden dieser Studie wiederherstellen. Schlussfolgerungen Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass es CI-Nutzern zwar möglich ist, deutliche Klangfarbenunterschiede während eines Musikstücks zu erkennen, die Konturen von Hintergrundmelodien jedoch nicht erkannt werden können. Entgegen der Hypothese scheinen SoE Messungen kein adäquates Messinstrument der Evaluierung von Sprach- oder Musikdiskrimination bei CI-Nutzern zu sein. Dies stimmt mit früheren Studien überein, die ebenso keine Korrelation zwischen Sprach- und Musikdiskrimination und der mit SoE Funktionen beschriebenen Frequenzkanalinteraktion zeigen konnten. Es ist zu schlussfolgern, dass eine CI-Versorgung den Musikgenuss bei Patienten mit sensorineuralem Hörverlust wiederherstellt, aber die Musikdiskrimination immer noch mangelhaft ist und sich nicht signifikant durch regelmäßige musikalische Aktivitäten wie Musik hören, singen oder dem Spielen von Instrumenten verbessert.