Abstract Soldiers are at risk of incurable noise-induced hearing loss (NIHL) in military activities. Therefore the prevention of hearing loss is important. The large variation in individual susceptibility to NIHL is well known but the reason for this is not completely understood. The data of this current comprehensive register-based follow-up study consist of the health records, hearing measuring results and occupational history of 1 941 soldiers. The occurrence and degree of hearing losses among soldiers who served between 1965 and 2007 was investigated by comparing groups formed according to year-class and service branch. An association between cardiovascular risk factors and NIHL was also assessed. Furthermore the efficacy of the hearing conservation measures carried out by the Finnish Defence Forces (FDF) and the Finnish Border Guard (FBG) was evaluated. Noise turned out to be the major risk factor of hearing impairment among the investigated soldiers. The occurrence of NIHL (hearing threshold at 3,4 or 6 kHz > 40 dB) was at least around 10 percentages lower among soldiers who started their career in 1990s than in the older year-classes 15 years after the beginning of military career. Concurrently, the decline of the average degree of hearing loss at high tones improved around 20 dB. The occurrence of NIHL was the lowest among pilots, musicians and naval soldiers, and the highest among soldiers in engineering and air defense corps. No clear difference was found between cardiovascular risk factors and NIHL with the exception of hyperglycemia. A clear temporal connection was found between the decline of the occurrence of NIHL among the soldiers and the hearing conservation measures carried out in the late 80s. A review of the four-stage hearing classification used in Finnish occupational health service since the 1970s, as well as the guidelines that rely on them, is needed. / Tiivistelmä Melu aiheuttaa sotilaille palautumattoman kuulovaurion riskin, minkä vuoksi meluvammojen ehkäisy on tärkeää. Yksilöiden meluvamma-alttiudessa tiedetään olevan suuria eroja. Syytä tähän ei vielä kovin hyvin tunneta. Tämän laajan rekisteritutkimuksen aineisto koostui 1941 sotilaan terveystarkastustiedoista, kuulontutkimustuloksista ja työhistoriatiedoista. Tutkimuksessa selvitettiin meluvammojen esiintyvyyttä ja vaikeusastetta vuosina 1965−2007 palvelleilla suomalaisilla ammattisotilailla vertailemalla vuosikurssin ja aselajin mukaan valittuja ryhmiä sekä tutkittiin sotilaiden sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöiden ja meluvammojen yhteyttä. Lisäksi tarkasteltiin Suomen puolustusvoimissa ja Rajavartiolaitoksessa toteutettujen kuulonsuojelutoimenpiteiden vaikuttavuutta. Melu osoittautui olevan merkittävin kuulovian riskitekijä tutkitussa aineistossa. Viidentoista palvelusvuoden jälkeen ilmenneiden meluvammojen (kuulokynnys taajuudella 3,4 tai 6 kHz > 40 dB) määrä oli vähintään kymmenen prosenttiyksikköä pienempi sotilailla, jotka aloittivat uransa 1990-luvulla verrattuna vanhempien vuosikurssien sotilaisiin. Samanaikaisesti korkeiden äänien kuuloviat lievenivät noin 20 dB:n verran. Meluvammariski oli pienin lentäjillä, soittajilla ja laivastosotilailla ja suurin pioneereilla ja ilmatorjuntasotilailla. Sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöistä ainoastaan korkea verensokeri näytti selkeästi liittyvän kohonneeseen meluvammariskiin. 1980-luvun lopulla toimeenpantujen kuulonsuojelutoimenpiteiden ja sotilaiden kuulon parantumisen välillä on nähtävissä selkeä ajallinen yhteys. Suomessa 1970-luvulta lähtien käytetyssä neliportaisessa kuuloluokituksessa ja siihen tukeutuvissa käytännöissä ilmeni puutteita, joiden vuoksi suomalaisen työterveyshuollon kuulonhuoltoa koskeva ohjeistus on aiheellista tarkistaa.

Abstract Military aviation is characterised by challenging working environments. Even though flying is a heavily visual task, much of the most important information is expressed aurally, via radio. The purpose of this study is to investigate the characteristics of radio communication in military aviation environments, the effect of workload on radio communication, as well as the functionality of a new hearing protection system. Flight simulator (F/A-18 Hornet simulator) and heart rate analysis were used to analyse the effect of an increased workload on radio communication. In addition to this, two survey studies were conducted, the first to investigate the prevalence and nature of radio communication problems in military aviation environments, and the second for evaluating the functionality of a new hearing protection solution (moulded communication ear plugs, m-CEPs) for military pilots. In the flight simulator, pilots’ heart rate reflected the level of mental workload. Changes in radio communication were observed during a high workload: The total amount of communication, as well as informing and requesting messages increased. A decrease in acknowledgements was observed. This reflects a change in the team communication tactics during information-loaded flight phases. In survey studies, radio speech communication problems occurred during 14% of the flight time. The most prevalent problems included multiple speakers and overlapping speech on the radio frequency band, missing acknowledgments, and high background noise, especially during helicopter operations. During their career, 18% of the respondents had encountered a potentially dangerous event caused by radio communication problems. The pilots reported a high motivation to use enhanced hearing protection systems. m-CEPs were shown to be a promising tool for improving hearing protection and radio communication: they were considered to be better than the previous hearing protectors, and the pilots reported that they improve the experienced speech intelligibility. However, discomfort and technical problems remain a problem. In the challenging hearing conditions of military aviation, the high quality of radio communication and hearing protection remain important. In the future, radio communication training should be improved and focused on team communication training. The technical development of hearing protection devices should be continued to assure the best possible comfort and technical reliability. / Tiivistelmä Sotilaslentäjä työskentelee fyysisesti, psyykkisesti ja kognitiivisesti hyvin haastavassa monitehtäväympäristössä. Radiopuheviestinnän onnistuminen on lentoturvallisuuden ja tehtävätehokkuuden kannalta olennaista, sillä merkittävä osa turvallisuuden kannalta kriittisestä informaatiosta välitetään puheella radioteitse. Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena on selvittää radiopuheviestinnän ongelmien esiintymistä ja luonnetta, kuormituksen vaikutusta radiopuheviestintään sekä uuden kuulonsuojausjärjestelmän toimivuutta sotilaslentäjän työssä. Tutkimus toteutettiin lentosimulaattorissa sekä kahdella kyselytutkimuksella. F/A-18 Hornet -simulaattorissa tutkittiin sykeanalyysin avulla lentotehtävän psyykkisen kuormituksen vaikutusta radiopuheviestintään. Kyselytutkimuksilla selvitettiin radiopuheviestintäongelmien yleisyyttä ja luonnetta sekä uuteen kuulonsuojausjärjestelmään (yksilöllisesti valettu kommunikaatiokuulosuojain) liittyviä tekijöitä. Sykeanalyysi osoittautui käyttökelpoiseksi psyykkisen kuormituksen arviontiin simulaattorissa. Radiopuheviestintä muuttui kuormittavassa lentovaiheessa: viestinnän määrä lisääntyi; informoivat ja kysyvät viestit lisääntyivät; ja kuittaukset vähenivät. Kyselytutkimuksissa lennon aikaisia radiopuheviestinnän ongelmia raportoitiin esiintyvän 14 % lentoajasta. Suuri puhujien määrä ja päällekkäinen puhe radiojaksolla, kuittausten puuttuminen sekä taustamelu varsinkin helikopteritoiminnassa olivat merkittävimpiä ongelmia. Vastaajista 18 % kertoi kohdanneensa urallaan läheltä piti- tai vaaratilanteen, johon radiopuheviestinnän ongelma oli myötävaikuttanut. Lentäjät olivat hyvin motivoituneita käyttämään uusia kuulonsuojausjärjestelmiä. Yksilöllisesti valetut kommunikaatiokuulosuojaimet vaikuttavat lupaavalta ratkaisulta kuulonsuojauksen ja viestinnän parantamiseen. Lentäjät pitivät niitä parempina kuin aiemmat kuulonsuojausjärjestelmät, ja niiden raportoitiin parantavan puheen ymmärrettävyyttä sotilasilmailun haastavissa kuunteluolosuhteissa. Mukavuusongelmia ja teknisiä ongelmia esiintyi kuitenkin edelleen runsaasti. Sotilasilmailun haastavissa kuunteluolosuhteissa laadukas radioviestintä ja toimiva kuulonsuojaus ovat tärkeitä. Radiopuheviestinnän harjoittelussa tulisi panostaa tehtäviä suorittavien ryhmien keskinäisen viestinnän (team communication) parantamiseen. Kuulonsuojausjärjestelmiä tulee edelleen kehittää.

Abstract To be able to acquire, produce, and comprehend language, precise central auditory processing (CAP), neural processes utilized for managing auditory input, is essential. However, the auditory environments are not always optimal for CAP because noise levels in children’s daily environments can be surprisingly high. In young children, CAP and its developmental trajectory as well as the influence of noise on it have scarcely been investigated. Event-related potentials (ERPs) offer promising means to study different stages of CAP in small children. Sound processing, preattentive auditory discrimination, and attention shifting processes can be addressed with obligatory responses, mismatch negativity (MMN), and novelty P3 of ERPs, respectively. In this thesis the developmental trajectory of CAP from 2 to 4 years of age as well as noise-induced changes on it, were investigated. In addition, the feasibility of the multi-feature paradigm with syllable stimuli and novel sounds in children was evaluated. To this end, obligatory responses (P1, N2, and N4) and MMNs for consonant, frequency, intensity, vowel, and vowel duration changes, as well as novelty P3 responses, were recorded in a silent condition and with babble noise using the multi-feature paradigm. The participants were voluntary, typically developing children. Significant P1, N2, N4, and MMN responses were elicited at both ages. Also a significant novelty P3, studied at the age of 2 years, was found. From 2 to 4 years, the P1 and N2 latencies shortened. The amplitudes of N2, N4, and MMNs increased and the increment was the largest at frontal electrode locations. During noise, P1 decreased, N2 increased, and the latency of N4 diminished as well as MMNs degraded. The noise-induced changes were largely similar at both ages. In conclusion, the multi-feature paradigm with five syllable deviant types and novel sounds was found to be an appropriate measure of CAP in toddlers. The changes in ERP morphology from 2 to 4 years of age suggest maturational changes in CAP. Noise degraded sound encoding, representation forming, and auditory discrimination. The children were similarly vulnerable to hampering effects of noise at both ages. Thus, noise might potentially harmfully influence language processing and thereby its acquisition in childhood. / Tiivistelmä Kielen omaksumiselle, tuottamiselle sekä ymmärtämiselle on tärkeää tarkka keskushermostollinen kuulotiedon käsittely eli ne hermostolliset prosessit, joita käytetään kuullun aineksen käsittelyyn. Kuunteluympäristöt eivät kuitenkaan aina ole optimaalisia kuulotiedon käsittelylle, sillä melutasot lasten elinympäristöissä voivat olla hyvinkin korkeita. Pienten lasten kuulotiedon käsittelyä, sen kehittymistä ja melun vaikutusta siihen on tutkittu vähän. Kuuloherätevasteet ovat toimiva tapa tarkastella pienten lasten kuulotiedon käsittelyä eri näkökulmista. Äänen käsittelyä, esitietoista kuuloerottelua ja tarkkaavuuden siirtymistä voidaan tarkastella obligatoristen vasteiden, poikkeavuusnegatiivisuuden ja novelty P3 -vasteiden avulla. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kuulotiedon käsittelyn kehittymistä kahden vuoden iästä neljän vuoden ikään sekä melun vaikutusta siihen. Lisäksi arvioidaan tavuärsykkeitä ja poikkeavia ääniä sisältävän monipiirreparadigman soveltuvuutta lapsitutkimuksiin. Tutkimuksissa rekisteröitiin monipiirreparadigman avulla obligatorisia vasteita (P1, N2 ja N4); konsonantin, taajuuden, intensiteetin, vokaalin ja vokaalin keston muutokselle syntyneitä MMN-vasteita sekä novelty P3 -vasteita hiljaisuudessa ja taustamelussa. Tutkimuksen osallistujat olivat vapaaehtoisia tyypillisesti kehittyviä lapsia. Molemmilla tutkimuskerroilla P1, N2, N4 ja MMN poikkesivat merkitsevästi nollatasosta samoin kuin kaksivuotiailta tutkittu novelty P3. Kahden vuoden iästä neljään vuoteen P1- ja N2-vasteiden latenssi lyheni sekä N2, N4 ja MMN vahvistuivat, muutoksen ollessa suurinta frontaalisilla elektrodeilla. Melun aikana P1 heikkeni, N2 vahvistui ja N4-vasteen latenssi lyhentyi. Lisäksi MMN-vaste heikkeni. Melun aiheuttamat muutokset olivat samankaltaisia sekä kahden että neljän vuoden iässä. Johtopäätöksenä voidaan todeta viittä eri tavuärsyketyyppiä ja yllättäviä ääniä sisältävän monipiirreparadigman olevan toimiva menetelmä taaperoiden kuulotiedon käsittelyn tutkimiseen. Kahden ja neljän ikävuoden välillä tapahtuvat muutokset vasteissa kuvastavat kehityksellisiä muutoksia kuulotiedon käsittelyssä. Melu heikentää äänitiedon peruskäsittelyä, edustumien muodostumista ja esitietoista kuuloerottelua. Lapset olivat lähes yhtä alttiita melun vaikutuksille sekä kahden että neljän vuoden iässä. Melu voi siis haitata kielen prosessointia ja sen omaksumista.