Automatische Verfahren zur Bestimmung der Hörschwelle

Christian KaernbachInstitut für Allgemeine Psychologie

Universität Leipzig

klassische Audiometrie

• bewährtes Diagnostikon• preiswert, unaufwendig• flexibel einsetzbar, auch bei Patienten

mit Kommunikationsproblemen und motorischen Störungen

• Versuchsleitereffekte, Kriterienproblem

Versuchsleitereffekte

• bewährtes Diagnostikon• preiswert, unaufwendig• flexibel einsetzbar, auch bei Patienten

mit Kommunikationsproblemen und motorischen Störungen

• Versuchsleitereffekte, Kriterienproblem

• Der „kluge Hans“ bei einer VorführungDer Besitzer, Wilhelm von Osten war fest von der Leistung des Pferdes überzeugt.

• Oskar Pfungst löste 1907 das Rätsel:das Pferd reagierte auf unwillentlich gegebene nonverbale Signale

Kriterienproblem

• bewährtes Diagnostikon• preiswert, unaufwendig• flexibel einsetzbar, auch bei Patienten

mit Kommunikationsproblemen und motorischen Störungen

• Versuchsleitereffekte, Kriterienproblem

0

1

0 1p(Ja|Rauschen)

p(Ja

|Sig

nal)• Bei Ja/Nein-Aufgaben ist die Wahr-

scheinlichkeit für die Antwort „Ja“ vom Kriterium abhängig

Automatische VerfahrenGustav Theodor Fechner (1801-1887)

3 Verfahren zur Schwellenmessung (1860)– Herstellungsverfahren– Konstanzverfahren– Grenzverfahren

Signal-stärke

Wahrnehm-barkeit

20 Versuche20 Versuche20 Versuche20 Versuche

20 Versuche20 Versuche

10 Versuche20 Versuche30 Versuche30 Versuche20 Versuche10 Versuche

Zeit

++++

++++

++++

++++

++

++

++

Georg von Békésy (1899-1972)– simple up-down (1946) erstes adaptives Verfahren

p(+) = 50%

++++

++++

++

++++

++++

++

++

++

100%

0%

Kriterienfreie Verfahren

• Problem mit Ja/Nein-Aufgaben: (Békésy, Herstellung, manuell, z.T. auch Konstanz- und Grenzverfahren)Kriterium für Antwort „Ja“ variabel

„kriterienfreie“ Aufgabenz.B. 2IFC (2-Intervals Forced-Choice, Paarvergleich)

Treffer: 50% (Zufall) – 100% (perfekt)

2AFC: „kurzer oder langer Ton?“(2-Alternatives Forced-Choice)

Kriterienfreie adaptive VerfahrenGustav Theodor Fechner (1801-1887)

3 Verfahren zur Schwellenmessung (1860)– Herstellungsverfahren– Konstanzverfahren– Grenzverfahren

Signal-stärke

Wahrnehm-barkeit

Zeit

Georg von Békésy (1899-1972)– simple up-down (1946) erstes adaptives Verfahren

p(+) = 50%

Lösbarkeit(Paarvergleich)

p(+) = 75%

100%

0%50%

p(+) = 71%++ ++ ++ ++ ++++2-down 1-up, 2-step

p(+) = 79%++ ++ ++ ++++++3-down 1-up, 3-step

– weighted up-down (Kaernbach, 1991)

Verfahren für forced-choice Aufgaben– parameter estimation by sequential testing (Taylor, 1967)– maximum likelihood Methoden– transformed up-down (Levitt, 1971)

++++

++++

++++

++

++++

??

++++

++

++++

????

++++

Verfahren für forced-choice Aufgaben

– unforced weighted up-down (Kaernbach, 2001)

? timeout

weighted up-downunforced weighted up-down

Kriterienfreie adaptive Verfahrensimple up-down

richtig: ???: falsch:

Ja/Nein-Aufgaben: Paarvergleiche:

ja: nein: richtig: falsch:

0

2

4

6

8

0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle

Stre

ung

[dB

]

SUDWUDuWUD

0

2

4

6

8

0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle

Stre

ung

[dB

]

0

2

4

0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle

Stre

ung

[dB

]

0

2

4

0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle

Stre

ung

[dB

]6 Versuchspersonen

4 VPn (2+2)nach Training

3 „gute“

3 „schlechte“

weighted up-downunforced weighted up-down

Kriterienfreie adaptive Verfahrensimple up-down

richtig: ???: falsch:

Ja/Nein-Aufgaben: Paarvergleiche:

ja: nein: richtig: falsch:

Wiederholte Schwellenmessungen mit Versuchspersonen:

• simple up-down ist nicht reliabel. Bestenfalls geeignet für trainierte/begabte VPn.

• Beide weighted up-down Verfahren sind reliabel.

• unforced weighted up-down ist etwas genauer, und deutlich komfortabler als (forced) weighted up-down.

• Der Vorteil (Genauigkeit, Komfort)von unforced weighted up-down ist besonders deutlich bei untrainierten VPn.

Vergleich verschiedener Methoden

• manuelle Audiometrie– 2 stud. Versuchsleiter, je 1 Woche Instruktion BWK Leipzig

• autom. Grenzverfahren– wie implementiert im von Auritec gestellten Audiometer

• unforced weighted up-down– 2 Alternativen: kurzer oder langer Ton?– mit Heuristiken

WS 98/99: 88 Studenten absolvieren in 6 Wochen je 6 Audiogramme (3 Methoden je 2-mal).(1 Audiogramm = 14 Meßwerte)

Vergleich verschiedener Methoden

• manuelle Audiometrie

• autom. Grenzverfahren

• unforced weighted up-down

WS 98/99: 88 Studenten absolvieren in 6 Wochen je 6 Audiogramme (3 Methoden je 2-mal).(1 Audiogramm = 14 Meßwerte)

5.88

5.97

5.25

Fehler[dB]

Abbrüchevon 176

Dauer[min]

0

22

2

5

5

12+3

Zeit - Fehler - AusgleichWS 99/00

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25

Zeit [Minuten}

Fehl

er [d

B]

mit Heuristikohne Heuristik

• Automatische adaptive Verfahren sind geeignet, zuverlässig Audiogramme zu ermitteln. Heuristiken können dabei unplausible Meßwerte detektieren.

Schlußfolgerungen

weitere Arbeiten• Heuristiken optimieren• Zeitaufwand reduzieren < 10 min• Test mit Patienten

• Vorteile: kriterienfrei unabhängig vom Versuchsleiterspart Versuchsleiterzeit

• Nachteil: erhöhter Zeitaufwand für Patienten

Dank

• Raphael Hüfner• Susanne Lamm• Frank Neutzler• Thomas Rigotti

• Auritec Hamburg GmbH