ICT 기반 청각시간해상도 훈련 어플리케이션 개발 및 적용 연구 = A study on the development and application of ICT-based auditory temporal resolution training

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose: Auditory temporal resolution (ATR) is the ability to discriminate and perceive small temporal differences in sound, and is related to sound characteristics and neural stimulus processing speed, and affects speech perception. The decline in neural stimulus processing speed due to aging and hearing loss leads to a decrease in auditory temporal resolution, which in turn, leads to a decrease in speech perception in older adults. Fortunately, auditory temporal resolution training has been reported to be effective for older adults with hearing loss. Despite the current trend of increasing elderly population, there is a lack of research and development of training tools for auditory temporal resolution training in Korea. The purpose of this study was to develop an ATR training program as an application that can be applied according to the characteristics of the stimulus sound: frequency, length, and intensity, and to lay the foundation for clinical use of the training program by presenting the norms of Korean adults.
Method: The ATR training program was developed in the form of an application through an android-based Unity program. The program consisted of a total of 20 conditions according to five frequencies (500, 1000, 2000, 4000 Hz of narrow-band noise, broad-band noise), and four durations (50, 100, 250, and 500 ms), and a total of 13 (2-40 ms) gaps were included in each condition. The training method used a two-alternative forced choice (2AFC) method that allows the identification of one stimulus including a gap in two stimuli, and adaptive learning (Levitt, 1971) that is converted based on 70.7% forward response was applied. The average of the last 6 gap durations among 8 reversals, which is the termination criterion for each condition, was calculated as the final performance. In order to establish the parameters of the developed training program, the ATR threshold was measured under the conditions of stimulus frequency, duration, and level (35 dB HL and 50 dB HL) using a program developed for 26 normal hearing adults and 13 normal hearing and hearing-impaired elderly people. Test-retest reliability for ATR thresholds was measured, and Gap in Noise (GIN) and Random Gap Detection Test (RGDT) thresholds were measured and compared.
Results: As a result of measuring the ATR in normal hearing adults with the frequency, intensity, and length of the stimulus sound, all performance between intensity showed a significant difference except for 100 ms of 500 Hz and 50 ms of 4000 Hz, indicating that training by intensity was necessary. In terms of performance between frequencies, the difference between 500 and 2000 Hz was significant, and in the case of 4000 Hz and BBN, it was not. It was indicated that training by frequency was significant below 2000 Hz, but in the high frequency range above that, it should be individually selected according to the length. There was a significant difference in performance between lengths from 500 to 2000 Hz, and the shorter the length, the higher the threshold, but 4000 Hz and BBN showed little significant difference between lengths, and the highest threshold at 100 ms. Therefore, training by length of low frequencies below 2000 Hz is possible, and training with a different length of 100 ms was significant in 4000 Hz and BBN. The reliability of the test-retest of ATR was confirmed, and no correlation was found as a result of the validity test, but in the case of GIN, it showed a close threshold within 1.5 ms, and in the case of RGDT, the ATR and the threshold were closer to each other within 2.4 ms as the frequency increased. As a result of measuring the elderly's temporal resolution performance by frequency under 500 ms length conditions, there was a significant difference between frequencies, and as the frequency increased, the threshold was significantly lower, and all of them showed significantly higher thresholds than that of normal hearing adults. Individual thresholds for the elderly based on the average adult performance. The subjects showing performance below 2 SD were 1000-4000 Hz for 500 Hz and 33-46% for BBN.
Conclusions: The results of measuring temporal resolution using the ATR training program showed that performance varied with stimulus frequency, duration, and intensity, suggesting that training based on a difficulty hierarchy using parametric conditions could be applied. For future clinical use of ATR training program, validation studies of training feasibility should be followed up with normative studies of aging and hearing loss.

Keywords: central auditory processing, temporal resolution, gap detection thresholds, auditory training application, elderly auditory rehabilitation

국문 초록 (Abstract)

ICT 기반 청각시간해상도 훈련 어플리케이션 개발 및 적용 연구

2023.
석사학위논문
허애지
언어병리청각학과
지도교수: 장현숙

목적: 청각시간해상도는 소리의 미세한 시간적 차이를 변별하고 인지하는 능력으로 소리의 특성 및 신경 자극 처리 속도와 관련이 있으며 말소리 인지에 영향을 미친다. 노화와 난청으로 인한 신경 자극 처리 속도의 저하는 청각시간해상도를 낮추어결과적으로 노인의 말소리 인지 능력 저하를 초래하지만 다행히도 훈련을 통하여 향상될 수 있는 것으로 보고되고 있다. 현재 노인 인구 증가 추세에도 불구하고 국내에서는 청각시간해상도 훈련을 위한 연구와 훈련 도구 개발이 부재한 실정이다. 본 연구의 목적은 첫째, 청각시간해상도 훈련 프로그램을 자극음의 특성인 주파수, 길이, 강도에 따라 적용할 수 있도록 어플리케이션으로 개발하고, 둘째, 건청 성인을 기준으로 역치 규준을 제시하여 훈련 대상자의 수행 정도와 훈련 단계 선정의 기준을 마련하고, 셋째, 건청 성인의 수행력을 기반으로 노인 대상자를 위한 훈련 자극 조건을선별하고 적용하여 건청 노인과 난청 노인의 수행력을 확인하는 것이었다.

방법: 청각시간해상도(auditory temporal resolution, ATR) 훈련 프로그램은 안드로이드 기반의 Unity 프로그램을 통해 어플리케이션 형식으로 개발하였다. 프로그램은 5개의 자극 주파수(500, 1000, 2000, 4000 Hz의 협대역 소음과 광대역 소음)와 4개의 자극 길이(50, 100, 250, 500 ms)에 따라 총 20개의 조건으로 구성하였으며 각 조건마다 총 13개(2~40 ms)의 간격(gap)이 포함되도록 하였다. 훈련 방식은 두개의 제시 자극음에서 gap이 포함된 음을 확인하도록 하는 2-interval alternative forced choice (2IAFC) 방식을 사용하였으며 70.7% 정반응을 기준으로 전환되는 적응형 학습(adaptive learning) (Levitt, 1971)을 적용하였다. 각 조건의 종결 기준인 8개의 전환구간(reversal) 중 마지막 6개의 gap 길이 평균을 최종 수행력으로 산정되도록 하였다. 건청 성인 26명을 대상으로 개발된 프로그램을 사용하여 자극 주파수, 자극 길이, 제시 강도(35 dB HL과 50 dB HL) 조건에서 ATR 역치를 측정하였다. ATR 역치에 대한 검사-재검사 신뢰도를 측정하였으며, Gap in Noise (GIN)과 Random Gap Detection Test (RGDT) 역치를 측정하여 비교하였다. 또한, 건청 성인의 수행력을 기반으로 노인 대상자를 위한 훈련 자극 조건을 선별하고 적용하여 건청 노인과 난청 노인의 수행력을 확인하였다.

결과: 건청 성인을 대상으로 ATR 수행력을 자극음의 주파수, 제시 강도, 제시 길이로 측정한 결과, 강도 간 수행력에서는 500 Hz의 100 ms와 4000 Hz의 50 ms를 제외하고 모두 유의한 차이를 보여 강도별 훈련이 필요함을 나타내었다. 주파수 간 수행력에서는 500~2000 Hz까지는 차이가 유의하였고 4000 Hz, BBN의 경우, 유의하지 않았다. 2000 Hz 이하로는 주파수 별 훈련이 의의가 있으나 그 이상의 고주파수 영역에서는 길이에 따라 개별적으로 선별되어야 함을 나타내었다. 길이 간 수행력은 500~2000 Hz까지는 유의한 차이가 있었으며 길이가 짧을수록 높은 역치를 보였으나 4000 Hz와 BBN은 길이 간 유의한 차이가 적었고 100 ms에서 가장 높은 역치를 보였다. 따라서 2000 Hz 이하 저주파수의 길이별 훈련이 가능하고 4000 Hz와 BBN에서는 100 ms와 다른 길이로의 훈련이 의의가 있음을 나타내었다. ATR의 검사-재검사 신뢰도를 확인하였으며 타당도 검사 결과, 상관성은 나타나지 않았으나, GIN의 경우, 1.5ms 이내의 근접한 역치를 나타냈으며 RGDT의 경우, 고주파수로 갈수록 ATR과 역치가 2.4 ms 내로 서로 근접하였다. 노인의 ATR 수행력을 500 ms 길이 조건에서 주파수 별로 측정한 결과, 주파수 간 유의한 차이를 나타내었으며 주파수가 높아질수록 유의하게 낮은 역치를 보였으며, 건청 성인의 수행력보다 모두 유의하게 높은 역치를 나타내었다. 노인 개별 역치를 성인 평균 수행력 기준 - 2 SD 미만의 수행력을 보이는 대상자는 500 Hz의 경우 1000~4000 Hz 및 BBN에서는 33~46%로 나타났다.

결론: 본 훈련 프로그램을 사용하여 청각시간해상도 능력을 측정한 결과, 자극 주파수, 길이 및 강도에 따라 수행력이 차이를 보였으며 난이도의 위계를 제공하였으므로 파라미터 조건을 활용한 목록별 다양한 훈련이 적용될 수 있음을 시사하였다. 난청 노인의 경우 모든 주파수 조건에서 –2 SD 미만의 낮은 수행력을 보이는 대상자수를 고려했을 때 훈련의 필요함을 시사하였다. 향후, 난청과 노인 인구 대상으로 본훈련 프로그램에 대한 연령별 난청별 규준을 확립하고 훈련의 타당성 연구가 후속되어야 할 것이다.

주제어: 중추청각처리, 청각시간해상도, 간격탐지역치, 청능훈련어플리케이션, 노인청능훈련

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1. 이론적 배경 1
• 2. 연구 목적 14
• 제2장 ICT 기반 청각시간해상도 훈련 어플리케이션 개발 15
• 1. ATR 훈련 어플리케이션 개발 개요 15
• 2. ATR 훈련 프로그램 콘텐츠 개발 17
• 1) 훈련 프로그램 17
• 2) 선별 검사 19
• 3. ICT 기반 콘텐츠 개발 및 시스템 구축 19
• 1) 개발 환경 19
• 2) 어플리케이션 개발 20
• 3) 음원 제작 23
• 4) 베타버전 테스트 23
• 제3장 ATR 훈련 프로그램 적용 연구 24
• 1. 연구 대상 24
• 2. 연구 절차 27
• 1) 청력 검사 및 인지기능 검사 27
• 2) ATR 검사 27
• 3) 검사-재검사 신뢰도 검사 28
• 4) 타당도 검사 28
• 5. 통계 분석 29
• 제4장 연구 결과 31
• 1. 건청 성인의 ATR 수행력 31
• 2. ATR 훈련 프로그램의 신뢰도 및 타당도 38
• 1) 검사-재검사 신뢰도 38
• 2) ATR 역치와 공인 타당도 40
• (1) GIN 역치와 ATR 역치 비교 및 상관성 40
• (2) RGDT 역치와 ATR 역치 비교 및 상관성 42
• 3. 노인의 ATR 수행력 45
• 제5장 고찰 49
• 1. 어플리케이션 개발 49
• 2. 건청 성인의 ATR 수행력 53
• 1) 주파수에 따른 ATR 수행력 53
• 2) 자극 길이에 따른 ATR 수행력 54
• 3) 자극 강도에 따른 ATR 수행력 56
• 3. ATR 검사 신뢰도와 타당도 57
• 4. 노인의 ATR 수행력 59
• 5. 훈련 프로그램으로서의 의의성 61
• 6. 연구의 제한점 및 향후 연구 방향 62
• 참고문헌 64
• 부록 75
• 영문초록 77