Bees as inspiration for better hearing implants

Research news item

A familiar scenario: you’re at a party and everyone is talking at the same time. It takes effort to filter out the voice of the person you’re talking to. It’s quite the feat for people with perfect hearing, so imagine what it’s like for people who are hearing-impaired. This cocktail party effect is a problem that current hearing aids and implants cannot solve yet. Neuroscientist Martijn Agterberg wants to change this and is largely inspired by bees. He is competing in the NWO Venture Challenge with his start-up BeephoniX

Sound localisation

People with fully-functioning hearing are able to precisely estimate where a sound is coming from, even with their eyes closed. Sound coming from the right enters the right ear first, and the left ear later. The difference in time is registered by our brain, which allows us to determine where the sound is coming from. This is very difficult for people who use hearing aids or implants, because the current systems are not able to localise sound. This makes it difficult for people with a hearing aid to engage in conversations in a busy environment: they aren’t able to hear where each sound is coming from.

Bees

On a team day, neuroscientist Martijn Agterberg attended a presentation of beekeeper Marius Woensdrecht where he realised that bees are probably able to locate sound. Agterberg: “Marius talked about bees being able to hear. I asked where the ears are located. They turned out to be located on antennas that the bees can move. I thought: ‘That has a reason, maybe it’s a mechanism to locate sound’.”

The distance between bees’ ears is so small that they cannot deduce where the sound is coming from using a difference in time. And bees don’t have the nicely shaped auricle that humans have, which helps us analyse whether sound is coming from above or below. Apparently, bees locate sounds in a different way than humans. Agterberg theorised that bees are able to move their ears to determine where sounds are coming from. In 2020, Agterberg was given the chance to study this with a NWO Open Mind grant.

“I promptly found an article by Harvard researchers written in 2019. The article itself is about the Drosophila, a fruit fly. By moving its ears, the Drosophila generates its own Doppler-effect. They are able to scan for this and determine where the sound is coming from. Brilliant but very simple at the same time.”

Hearing implants: 5 to 10 times better

The idea for applying this to a better hearing implant can quickly: if the directional sensitivity of the implants can be improved, the quality of hearing can be improved for hearing-impaired people. Agterberg: “By using a directivity sensor in the microphone in implants, you could potentially be able to better determine where the sound is coming from with one implant only, and process the sound much more efficiently in the sound processor. This allows people to keep up with conversations in surroundings with a lot of background noise. With an improved sound processor, you’re able to better understand speech in complex listening situations than when you’re listening with two implants.” Agterberg built a prototype with a NWO Take-off grant and it worked: the prototype has a so-called ‘beam shaper’ that’s 5 to 10 times better, making the prototype 5 to 10 times better than the current hearing implants.

Prof. Mylanus van de afdeling KNO van het RadboudUMC en Dr. Martijn Agterberg
Prof. Mylanus van de afdeling KNO van het RadboudUMC en Dr. Martijn Agterberg

Met financiering uit een NWO Take-off subsidie bouwde Agterberg een prototype, en het werkt: het prototype heeft een 5 tot 10 keer betere zogenoemde ‘beamvormer’ en werkt daardoor 5 tot 10 keer beter dan de huidige hoorimplantaten.

Agterberg: ‘De markt voor hoortoestellen is enorm, in 2030 zal – mede door de veroudering – één op de vier mensen met een gehoorbeperking moeten omgaan. Wereldwijd zal dit resulteren in een omzet van meer dan 18 miljard euro op jaarbasis op het gebied van aanschaf van gehoorapparaten/ implantaten. Wij richten ons in de eerste instantie vooral op middenoorimplantaten. Daar zit echt een niche. Als ons product in die markt aanslaat, kunnen we uitwaaieren naar Cochleaire implantaten en hoortoestellen. En verder zien we nog kansen voor ons product buiten de hoorindustrie, bijvoorbeeld bij Defensie, voor toepassingen als Leak detection in high risk industries, in de muziekindustrie, maar ook in de Safety Earphones.’ Genoeg redenen dus om de stap naar de markt te maken.

Venture Challenge

Collega’s van Mercator Launch en Radboud Innovation Science wezen Agterberg op de Venture Challenge. Binnen die challenge krijgen startende academische ondernemers tien weken professionele ondersteuning bij het opzetten van een solide businesscase, om hun wetenschappelijke vinding naar de markt te brengen. Aan het eind van het programma pitchen de deelnemers hun plannen voor een jury met ervaren ondernemers en investeerders, die ook een winnaar uitroepen waarvoor een cheque van 25.000 euro klaarligt.

‘Inmiddels heb ik, mede dankzij Mercator Launch, en een heel betrokken team bestaande uit Klaas-Jan Kakebeeke, Patrick Wijnings en Marc van Dorth, een patent en een goed werkend prototype. In december hopen we van BeephoniX een bv te maken. ‘Door de Venture Challenge hebben we nu een solide businessplan’.

Ambitie genoeg

Ook voor de toekomst is er ambitie genoeg, zowel voor de onderzoekslijn als het perfectioneren van het prototype. ‘De eerste stap is het verkleinen van het prototype. Nu is het prototype 12 centimeter, in 2025 willen we dat verkleinen naar 2 centimeter en inbouwen in de processor van een hoorimplantaat.
Daarnaast wil ik graag onderzoeken hoe bijen hun oren bewegen. Is die beweging asymmetrisch? Is richtinghoren mogelijk door de verwerking van multisensorische informatie? Mogelijk kunnen we met deze informatie gehoorimplantaten en gehoorapparaten nog veel beter maken!’. Inmiddels is dit onderzoek gestart. Onder begeleiding van Martin Lankheet (WUR) en Richard van Wezel werken twee studenten aan dit onderzoek. De bijen die voor dit onderzoek gebruikt worden, worden beschikbaar gesteld door het Bijenhuis in Wageningen.

Op 17 november 2022 vonden de pitches plaats voor de NWO Venture Challenge Najaar 2022

Contact information

Organizational unit
Faculty of Science, Donders Centre for Neuroscience