Pruebas de localización de la fuente sonora en la sordera unilateral tras una intervención de conducción ósea

Summary

Presentamos un protocolo para evaluar el impacto de la intervención de conducción ósea en la capacidad de localización del sonido en pacientes con sordera unilateral (SSD). Este protocolo se puede aplicar para evaluar la eficacia de los dispositivos de conducción ósea en la restauración de las capacidades de localización del sonido y la mejora de la calidad de vida general de las personas con SSD.

Abstract

La sordera unilateral (SSD, por sus siglas en inglés), en la que hay una pérdida auditiva de severa a profunda en un oído y una audición normal en el otro, es una afección auditiva prevalente que afecta significativamente la calidad de vida de los afectados. La capacidad de localizar con precisión las fuentes de sonido es crucial para diversas actividades cotidianas, como la comunicación por voz y la concienciación medioambiental. En los últimos años, la intervención de conducción ósea se ha convertido en una solución prometedora para los pacientes con SSD, ya que ofrece una alternativa no invasiva a los audífonos tradicionales de conducción aérea. Sin embargo, la eficacia de los dispositivos de conducción ósea (BCD), especialmente en términos de mejora de las capacidades de localización del sonido, sigue siendo un tema de considerable interés.

En este trabajo presentamos un protocolo para evaluar el impacto de la intervención de conducción ósea en la capacidad de localización del sonido en pacientes con SSD. El protocolo incluye la configuración experimental (una sala insonorizada y un conjunto semicircular de altavoces), estímulos y métodos de análisis de datos. Los participantes indican la dirección percibida de las ráfagas de ruido y sus respuestas se analizan utilizando el error cuadrático medio (RMSE) y el sesgo. Se informan y comparan los resultados de las pruebas de localización sonora antes y después de la intervención de conducción ósea. A pesar de que no hubo diferencias significativas, la mayoría de los pacientes (71%) tenían un sesgo de localización claramente hacia el lado de la intervención después de la intervención de conducción ósea. El estudio concluye que la intervención de conducción ósea puede mejorar rápidamente ciertas habilidades de localización del sonido en pacientes con SSD, lo que ofrece evidencia que respalda la eficacia de los BCD como tratamiento para el SSD.

Introduction

La localización del sonido, la capacidad de identificar el origen preciso de los estímulos auditivos, es una habilidad auditiva crítica que sustenta una serie de funciones esenciales en la vida diaria, incluida la comunicación efectiva, la navegación segura a través de entornos y la capacidad de orientarse en el espacio. Cuando una persona experimenta sordera unilateral (SSD), la capacidad del sistema auditivo para localizar sonidos se ve gravemente comprometida. Esto se debe a que nuestros cerebros suelen basarse en la comparación de la información sonora recibida por ambos oídos para calcular con precisión la ubicación de las fuentes de sonido.

El sistema auditivo humano emplea sofisticadas técnicas de procesamiento de señales para localizar las fuentes de sonido, basándose en las diferencias de tiempo interaural (ITD) y las diferencias de nivel interaural (ILD) como señales principales. Los ITD se refieren al ligero retardo de tiempo entre la llegada del sonido a cada oído, que proporciona información sobre el acimut de la fuente de sonido. Las EPI, por otro lado, representan la diferencia en los niveles de sonido entre los dos oídos. El sistema auditivo integra estas señales con otros factores, como las señales espectrales y los movimientos de la cabeza, para formar una representación espacial precisa del entorno auditivo ^1,2. Estas señales binaurales se procesan e integran para permitirnos determinar la dirección de la que proviene un sonido. Sin embargo, cuando la audición en un oído se ve afectada, este procesamiento bilateral se interrumpe, lo que provoca dificultades en la localización de los sonidos.

Los dispositivos de conducción ósea (BCD) ofrecen una solución prometedora para las personas con SSD ^3,4. Estos dispositivos funcionan transmitiendo vibraciones sonoras directamente a la cóclea a través de los huesos del cráneo, evitando así el oído externo y medio dañado. Los chalecos son particularmente útiles para las personas con pérdida auditiva conductiva o mixta, así como para las personas con SSD. Los beneficios de la tecnología de conducción ósea para los pacientes con SSD se han documentado en investigaciones anteriores. Por ejemplo, un estudio realizado por Chandrasekar et al. demostró que los dispositivos de conducción ósea mejoraron significativamente el reconocimiento del habla en el ruido de las personas con SSD³. Del mismo modo, una revisión de metaanálisis realizada por Huang et al. destacó los efectos positivos de los BCD sobre la percepción del habla y la calidad de vida de estos pacientes⁴.

A pesar de esta evidencia, el impacto específico de la intervención de conducción ósea en las capacidades de localización del sonido en los pacientes con SSD no se comprende tan bien. Por ejemplo, Agterberg et al. informaron que el rendimiento de localización del sonido de los pacientes con sordera unilateral no mejora cuando escuchan con un dispositivo de conducción ósea⁵. Algunas revisiones sistemáticas, como la de Kim et al., han reportado que seis estudios previos con 139 casos con audífonos osteointegrados (BAHA) han demostrado que el porcentaje de identificación correcta de la localización del sonido está entre el 13% y el 65,8% antes del implante de BAHA y entre el 15% y el 68,5% después del implante, pero sin significación estadística⁶. Debido a que estos estudios utilizaron el porcentaje de precisión de la localización de la fuente de sonido donde la puntuación requería identificar con precisión el altavoz emisor de varios altavoces, creemos que el nivel de dificultad es relativamente alto. Por el contrario, nuestro método de evaluación evalúa el error angular de la localización de la fuente de sonido y utiliza la raíz cuadrada media para la puntuación. Por lo tanto, consideramos que nuestro método es más adecuado para las demandas de las pruebas agudas.

Para abordar esta laguna en la literatura, el presente estudio tiene como objetivo evaluar la eficacia del BCD en la restauración de las capacidades de localización del sonido en pacientes con SSD. Utilizamos la configuración de altavoces descrita por van de Heyning et ^al.7. Hemos desarrollado un protocolo para probar la localización del sonido que implica evaluaciones previas y posteriores a la intervención. Los participantes serán evaluados tanto en condiciones asistidas (usando el BCD) como no asistidas para comparar su rendimiento en la localización. Al examinar los cambios en las capacidades de localización del sonido antes y después de la implementación de la intervención de conducción ósea, este estudio proporcionará información valiosa sobre los beneficios potenciales de los BCD para los pacientes con SSD. Los hallazgos podrían contribuir a una mejor comprensión de cómo estos dispositivos se pueden optimizar para mejorar la conciencia espacial y la función auditiva en general, mejorando así la calidad de vida general de las personas con SSD.

Protocol

En este estudio, los participantes fueron 14 niños con SSD congénita, equipados con audífonos de conducción ósea. Los criterios de inclusión para los participantes fueron un diagnóstico confirmado de SSD. Los participantes fueron reclutados de una clínica especializada en audiología y fueron informados sobre el propósito del estudio, los procedimientos y los posibles riesgos y beneficios. Se obtuvo el consentimiento informado de los padres o tutores legales de los participantes antes de su inscripción en el estudio.

1. Configuración

NOTA: En esta sección se describe el procedimiento para llevar a cabo un experimento de localización de sonido utilizando la herramienta de software a la que se hace referencia. El experimento está diseñado para evaluar la capacidad de los participantes para localizar una fuente de sonido dentro de una configuración de campo libre. Las pruebas de localización se llevaron a cabo en una sala insonorizada con siete altavoces (véase la Fig. 2 en Van de Heyning et al.)⁷ distribuidos equitativamente a lo largo de un semicírculo entre -90° (izquierda) y 90° (derecha) de acimut. La configuración de los altavoces se elige debido a consideraciones prácticas. Los materiales necesarios para este experimento se incluyen en la Tabla de Materiales.

1. Asegúrese de que haya disponible un PC con Windows con un controlador de audio compatible y una tarjeta de sonido multicanal.
2. Conecte los altavoces con alimentación activa a la tarjeta de sonido mediante cables balanceados.
3. Configure el hardware de audio de acuerdo con las instrucciones del fabricante, asegurando una reproducción sin fallos y una separación de canales suficiente.
4. Coloque los altavoces en una configuración circular siguiendo las pautas⁶. Coloque el sujeto en el centro del semicírculo, frente al altavoz frontal. Utilice el software para configurar los altavoces en la disposición de semicírculo deseada con un ángulo de 30° entre cada altavoz adyacente (consulte la Figura 1). Asegúrese de que el centro de la parte emisora de sonido de los altavoces esté al nivel de un plano hipotético que atraviesa los canales auditivos del sujeto ajustando la altura de la silla de acuerdo con la altura y el tamaño del sujeto.

2. Calibración

1. Elija el controlador de audio adecuado en el software.
2. Seleccione la tarjeta de sonido compatible con ASIO de la lista de dispositivos disponibles.
3. Revise y configure los parámetros necesarios en el menú de configuración, incluidos:
   1. ShowResults: elija cuándo mostrar los resultados durante el experimento (en directo, final, silencioso o cerrado).
   2. DummyLSwarning: Habilite o deshabilite el mensaje de advertencia que indica la presencia de altavoces ficticios.
   3. trainingMode: habilita o deshabilita el modo de entrenamiento, donde el orador objetivo se resalta hasta que se da una respuesta.
   4. includeTrainingModeResults: elija si desea incluir los resultados del modo de entrenamiento en las tablas de resumen y las figuras.
   5. includeDemoModeResults: elija si desea incluir los resultados del modo de demostración en las tablas y figuras de resumen.
   6. quickMode: habilite o deshabilite el modo rápido, que reduce los niveles de presentación y el número de presentaciones por orador.
   7. mapa de colores: seleccione los mapas de colores para el conjunto de datos y los gráficos de matriz de confusión.
   8. nLS: Especifique el número total de altavoces en los que se puede hacer clic (reales y ficticios).
      NOTA: Los altavoces ficticios significan que no se emitirá ningún sonido desde el altavoz durante todo el proceso de localización de la fuente de sonido. Los altavoces reales tienen sonidos.
   9. nRep: Especifique el número de repeticiones por hablante.
   10. LSCircleStart / End: Especifique el intervalo de ángulo de la configuración circular.
   11. colormapDataSet: seleccione el mapa de colores para el trazado del conjunto de datos.
   12. colormapConfusion: Seleccione el mapa de colores para el gráfico de matriz de confusión.
4. Consulte las instrucciones de calibración proporcionadas en el software para calibrar el sistema utilizando una señal de ruido CCITT y un medidor de SPL con ajuste de ponderación A.
   1. Revise la configuración del controlador del dispositivo de sonido.
   2. Inicie el procedimiento de calibración haciendo clic en Extras | Calibrar.
   3. Verifique la asignación de salida de canal del altavoz a las tarjetas de sonido. Asigne altavoces ficticios de solo respuesta al canal 0.
   4. Haga clic en el botón de un altavoz para reproducir el ruido de calibración de 10 se en ese altavoz.
   5. Mida el nivel de presión sonora con la punta del medidor de SPL en la posición virtual de la cabeza del sujeto de prueba apuntando hacia el altavoz activo. Consulte el manual del medidor de SPL sobre la posición de medición correcta. Configure el sonómetro para medir el nivel sonoro equivalente con ponderación A LAeq (tiempo de integración lento).
   6. Ajuste la(s) ganancia(s) del altavoz/sistema para lograr un nivel de ruido de aproximadamente 70 dBA (LAeq 67-75) dB permitido). Introduzca el nivel de ruido LAeq realmente medido en el campo de calibración correspondiente.
   7. Repita los pasos 2.4.3-2.4.6 para cada uno de los altavoces restantes.
   8. Complete la calibración haciendo clic en Listo.
5. Haga clic en el botón de verificación de calibración para validar la configuración. Con este paso, los altavoces representarán el estímulo de las señales (1,2) para que el operador evalúe el SPL en comparación con los resultados de la calibración.

3. Experimenta

1. Especificar metadatos: Ingrese la información del participante, incluido el ID del sujeto, el tipo de audífono y los comentarios opcionales.
2. Configure los altavoces ficticios de solo respuesta asignándolos al canal 0 durante la calibración. Un recuadro amarillo en la parte superior indicará la presencia de altavoces ficticios. Si el parámetro de configuración DummyLSwarning es verdadero, un texto dentro del cuadro mostrará el número de altavoces ficticios.
3. Elija la carpeta de estudio donde se guardarán los resultados.
4. Haga clic en el botón Iniciar para comenzar el experimento.
   1. Al participante se le presentarán estímulos auditivos y se le pedirá que responda seleccionando la ubicación de la fuente de sonido percibida. Pida a los niños que pueden identificar números verbalmente que informen el número de altavoz correspondiente, y pida a los que carecen de esta capacidad que señalen directamente al altavoz que creen que está produciendo el sonido.
   2. Deje que el software presente aleatoriamente dos estímulos de ruido de forma espectral con una duración de 1 s, incluidos tiempos de subida y bajada de 20 ms. Los estímulos se presentarán consecutivamente en uno de los tres niveles seleccionados aleatoriamente: 60 dB HL, 65 dB HL y 70 dB. HL. El número de presentaciones es de seis por ponente (dos estímulos en tres niveles).
      NOTA: El uso de dos tipos de ruido tiene como objetivo confundir las señales espectrales monoaurales y evitar la sobreestimación del rendimiento de la localización.
5. Vea los resultados en tiempo real (modo en vivo) o después de completar el experimento (modo final). Los resultados incluyen la matriz de confusión, la raíz cuadrática media (RMS), el sesgo y la desviación estándar (STD) del error angular.
   NOTA: Los valores positivos indican un sesgo hacia la derecha, mientras que los valores negativos indican un sesgo hacia la izquierda. Cuanto más se desvía el valor de 0, más pronunciado es el sesgo lateral, lo que indica una peor capacidad de localización.

4. Análisis de datos

1. Cargue y analice los resultados guardados previamente utilizando la función Cargar y analizar . Seleccionar en Menú | Archivo | Cargar y analizar para cargar el archivo MAT de una medición antigua. La figura resultante se mostrará con la matriz de confusión en una figura separada.
2. Genere tablas y figuras de resumen para todos los resultados individuales en la carpeta de estudio haciendo clic en Archivo | Crear resumen.
   NOTA: La función busca todos los archivos válidos de Excel y MATLAB que coincidan con el patrón LOC*.xlsx y LOC*.mat en la carpeta de estudio y en todas las subcarpetas.
3. Visualice el conjunto de datos trazando el número de mediciones de cada participante sobre la etiqueta de visita clínica y el número de visita clínica.
4. Exporte los datos resumidos como hojas de cálculo, incluidos los datos sin procesar y las estadísticas calculadas. Las hojas de cálculo de salida se denominan Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx y Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx
5. Exporte diagramas de dispersión y diagramas de caja para RMS, BIS y STD de errores angulares, agrupados por etiqueta de visita clínica y número de visita clínica. Los diagramas de dispersión muestran todos los RMS, BIS y STD de los errores angulares a lo largo del tiempo. Las identificaciones de los sujetos están codificadas por colores y las etiquetas de visita clínica están codificadas por símbolos de marcador, como se muestra en la leyenda.
6. Realice análisis por lotes y exporte matrices de confusión como imágenes PNG para todos los archivos MAT de la carpeta de estudio.

5. Restablecimiento de fábrica

1. Utilice la función de restablecimiento de fábrica para restablecer el software a su configuración predeterminada.

Results

En este estudio, los participantes fueron 14 niños con SSD, equipados con audífonos de conducción ósea. El rango de edad de los participantes (9 niños, 5 niñas) fue de 5 a 12 años, con una mediana de 7,78 años (ver Tabla 1). Sin dispositivo de conducción ósea en el lado derecho de la Figura 2, el resultado de este niño con sordera izquierda mostró un claro sesgo hacia la derecha (BIAS = 53,6°) y RMS = 95,5°). Con el dispositivo de conducción ósea en el lado derecho de la Figura 3, la capacidad general de localización del sonido de este niño con sordera del lado izquierdo mejoró hasta cierto punto, con el sesgo hacia la derecha reducido a BIAS = 10,7°, y la precisión de la localización mejoró (RMS = 82,9°).

Entre los 14 niños evaluados, no hubo diferencias significativas en el RMSE (P = 0,63) y la desviación estándar del error angular (STDE) (P = 0,15) antes y después de la intervención (pruebas pareadas no paramétricas, y un valor de P < 0,05 es estadísticamente significativo). Sin embargo, el 71% (10 de 14) de los niños mostraron un cambio en el sesgo hacia el lado de la intervención, lo que indica un cambio en la dirección de la localización de la fuente de sonido hacia el lado de la intervención. Sin embargo, debido a las grandes diferencias individuales y a un tamaño de muestra relativamente pequeño, no hubo diferencias significativas en el BIAS global (P = 0,32) antes y después de la intervención. En resumen, la utilización de BCD puede mejorar rápidamente las capacidades de localización del sonido entre las personas hasta cierto punto. Sin embargo, el grado de mejora puede variar entre individuos.

Figura 1: Ejemplo de configuración y un solo estímulo y registro de respuesta correspondiente. Las pruebas de localización se llevaron a cabo en una sala insonorizada con siete altavoces distribuidos equitativamente a lo largo de un semicírculo entre -90° (izquierda) y 90° (derecha) de acimut. El sujeto se colocó en el centro del semicírculo, frente al altavoz frontal. El ángulo α es el error angular de la presentación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Ejemplo de resultado sin intervención de BCD. Sin dispositivo de conducción ósea en el lado derecho, el resultado de este niño con sordera del lado izquierdo mostró RMS = 95,5°, BIAS = 53,6°, STD = 80,6°. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Ejemplo de resultado con intervención de BCD. Con dispositivo de conducción ósea en el lado derecho, el resultado de este niño con sordera izquierda mostró RMS = 82,9°, BIAS = 10,7°, STD = 83,8°. En comparación con la Figura 2, los valores RMS y STD son similares, pero el sesgo ha disminuido a 10,7°, donde 0° representa que no hay sesgo lateral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Nº de asunto	Sexo	Lado	Edad (años)
1	Masculino	L	6
2	Masculino	L	12
3	Masculino	L	7
4	Masculino	L	11
5	Masculino	L	8
6	Masculino	L	6
7	Hembra	L	5
8	Hembra	L	5
9	Masculino	L	9
10	Hembra	R	10
11	Hembra	R	9
12	Masculino	R	7
13	Masculino	R	7
14	Hembra	R	7

Tabla 1: Características demográficas de los participantes.

Discussion

Los niños a partir de los 5 años con pérdida auditiva son capaces de realizar esta prueba con éxito. Para aquellos con SSD, la aplicación aguda de audífonos de conducción ósea durante las pruebas de localización de fuentes de sonido demostró un nivel de mejora en el sesgo, aunque esta mejora no alcanzó significación estadística en términos de reducción de RMSE STDE. La mejora también puede ser un efecto de aprendizaje.

El potencial de mejoras más significativas con el uso prolongado del dispositivo, impulsado por el procesamiento neuronal y central, sugiere un área que merece una mayor investigación. Long et al. señalan que la capacidad de localización de la fuente sonora puede mejorar con los⁸ años. La principal necesidad de rehabilitación de la gran mayoría de los padres de niños con SSD es mejorar su capacidad para localizar fuentes de sonido, seguida de su capacidad para reconocer el habla en presencia de ruido, por lo que es necesario explicar la localización de la fuente de sonido y la justificación del programa de intervención en detalle a los pacientes con SSD antes de la intervención y ayudarles a establecer una expectativa razonable del efecto.

El impacto de la intervención con implante coclear (IC) en la capacidad de localización de la fuente sonora en la sordera unilateral (SSD) ha sido bien establecido, con mejoras significativas demostradas en estudios previos⁹. Las capacidades de localización del sonido en los pacientes con SSD no se comprenden completamente. Sin embargo, por diversas razones, como el miedo a la cirugía, las anomalías del desarrollo del nervio auditivo o las limitaciones económicas, muchos pacientes con SSD optan por los dispositivos de conducción ósea (BCD) como forma de intervención. La cuestión de si la intervención con BCD puede mejorar la capacidad de localización de la fuente de sonido en pacientes con SSD requiere una evaluación cuidadosa.

Estudios previos han utilizado predominantemente un sistema de puntuación que requiere que los participantes hagan juicios completamente precisos de la fuente de sonido, lo que lleva a conclusiones de que no hay diferencias significativas en la capacidad de localización antes y después de la intervención con un dispositivo de conducción ósea 10,11,12,13,14,15. Sin embargo, Monini et al. informaron de una mejora en la localización del sonido al escuchar con un BCD¹⁶. Nuestro estudio buscó explorar si el método adoptado en nuestra investigación podría arrojar resultados diferentes o más matizados. Este protocolo tiene algunos puntos críticos a tener en cuenta. El nivel máximo de presión sonora no debe exceder los 75 dBA y la amplificación externa no debe cambiar después de la calibración. Cualquier otra aplicación que pueda acceder al dispositivo de sonido durante el experimento debe estar desactivada. Este método de examen puede evaluar eficazmente la capacidad de localización de la fuente de sonido de los niños con SSD, proporcionando referencia para la selección de planes de tratamiento. Una limitación de esta prueba es que en los niños requiere atención prolongada y obediencia a las órdenes del operador, especialmente en los niños más pequeños.

En conclusión, si bien los chalecos ya han demostrado su valor para mejorar la comunicación de las personas con SSD, este estudio arrojará luz sobre su capacidad para abordar uno de los aspectos más desafiantes de la pérdida auditiva: la localización del sonido. Esperamos que las investigaciones futuras con tamaños de muestra más grandes proporcionen más información que pueda informar la práctica clínica y ofrecer consejos más detallados a los pacientes con SSD que buscan orientación.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
		de ejecución 2015a x32 o MATLAB R2018a	1
Controlador			1
Focusrite Scarlett 18i20 3.ª generación u otra tarjeta			1
Silla			en altura 1
Herramienta de software LOC para la localización de sonido con licencia			1
Altavoz M-Audio BX5 D3			7
Microsoft EXCEL			1
Millenium BS-500 Soporte			7
Pro snake 17620/10 Cable de audio 10m (cable de audio TRS balanceado)			7
Medidor			1
Cinta			1
PC con Windows			1