水平方位声源位置改变诱发健康青年人失匹配负波研究*

温晓慧王宁宇张娟

·临床研究·

水平方位声源位置改变诱发健康青年人失匹配负波研究*

温晓慧1王宁宇1张娟1

目的 探讨水平方位声源位置改变能否诱发失匹配负波（mismatch negativity，MMN），并定量研究能够诱发出失匹配负波的两个声源间的最小角度，获得一种客观、简便的测试声源定位能力的检测方法。方法 在无回声自由声场环境下，利用实验室自主研发的声源定位测试仪（国家专利号200520017252.1）和Bio-logic听觉诱发电位仪，采用oddball听刺激序列和被动听觉模式，以1 000 Hz纯音作为刺激声，声源位置的变化作为刺激诱发模式，对30例健康青年受试者按照角度辨别阈法的测试原理引出MMN，记录受试者水平0°、±45°、±90°五个方位的角度辨别阈值（minimum audible angle，MAA）和对应的MMN潜伏期和波幅。结果 所有受试者均能成功引出MMN波，不同方位的MAA分别为：MAA（0°）＝2.09±1.81°，MAA（-45°）＝3.84±1.61°，MAA（45°）＝3.69±2.39°，MAA（-90°）＝4.41±1.41°，MAA（90°）＝4.23±3.22°。其中正前方0°角度辨别阈值最小，与其他方位角度辨别阈值差异有统计学意义。在水平左右对称位置（即-45°与+45°，-90°与+90°），MMN潜伏期、波幅差异无统计学意义。MMN潜伏期随着声源偏侧化程度的增加而延长，组间差异有统计学意义（P＜0.05），± 90°方位诱发MMN波幅较0°和±45°方位处增大，潜伏期延长，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 水平方位声源位置改变可成功诱发失匹配负波，采用失匹配负波研究声源角度辨别阈值，可作为一种客观、简便、定量评估声源定位能力的方法。

声源定位； 角度辨别阈； 失匹配负波

失匹配负波（mismatch negativity，MMN）是事件相关电位（event-related potential，ERP）的一种成分，是由一系列重复的、性质相同的标准刺激中具有任何可辨别差异的偏差刺激诱发的脑电反应，是一种能客观反映大脑对感觉信息自动加工过程的电生理测量指标［1］。用偏差刺激诱发的负波减去标准刺激诱发的负波，剩余成分即为MMN，其潜伏期反映颞皮质对偏差刺激反应的快慢，振幅反映皮质神经元兴奋的数量。国外已有学者通过改变声源位置信号作为偏差刺激成功引出了MMN波，但目前各实验室提取与记录MMN的方法还存在着许多差异；尚缺乏各个方位角诱发MMN的精确度研究；在MMN的提取过程中尚存在诸如信噪比较低、影响因素复杂等有待解决的难点；在诱发模式、影响因素、正常值范围等方面尚缺乏统一的标准，因而限制了其在临床上的应用［2～5］。本研究将声源位置改变作为偏差刺激，探讨水平方位声源位置改变能否诱发MMN，并定量研究能够诱发MMN的两个声源间的最小角度，获得一种客观、简便测试声源定位能力的检测方法，为今后将其应用于听力学基础研究与疾病诊断提供参考。

1 资料与方法

1.1 测试对象 健康青年受试者30例，其中男15例，女15例，年龄24～34岁，平均26±2.44岁，均来自首都医科大学附属北京朝阳医院医护人员及研究生，耳科检查均无异常，无听觉系统疾病史、神经精神系统疾病史、噪声暴露史、耳毒性药物应用史，无智力缺陷，双耳纯音测听250～8 000 Hz各频率纯音听阈均小于20 dB HL。试验前均简单告知受试者实验目的，并征得受试者同意。

1.2 仪器、测试环境和测试材料 实验室自主研发设计的声源定位测试仪［4］（国家专利号200520017252.1），包括支撑底座、立柱和固定于其上并可升降的弧形支架，半径1 m。其弧形支架上标有角度刻度值，并固定两个频谱特性一致的扬声器（speaker A、speaker B），每个扬声器直径1 cm。测试员可自由调整扬声器在弧形支架上的运动［6］。

Bio-logic听觉诱发电位仪（Bio-logic公司，美国），记录电极置于Fz点，参考电极置于右侧乳突，接地电极置于左侧乳突，极间电阻＜5 kΩ；低频滤波0.1 Hz，高频滤波30 Hz；记录时间窗为533 ms。刺激采用oddball刺激序列［7，8］，标准刺激出现概率设为90%，偏差刺激出现的概率设为10%。刺激速率为1.10次／秒，刺激时程均为50 ms，其中上升时间及下降时间均为10 ms，平台期为30 ms。标准刺激诱发的反应叠加500次，偏差刺激诱发的反应叠加125次。所获得波形及各项参数均由与仪器相连的电脑自动进行记录和分析。

测试环境：符合GBT16403的标准测听室（5.5 m×6 m），室内环境噪声≤30 dB A。

测试材料：本试验中使用Audition 3.0软件（Syntrillium公司，美国）编制1 k Hz纯音，并通过其多轨音频输出功能完成A、B两个扬声器的给声，A声源发声出现的概率为90%，B声源发声的概率为10%，在测试前均使用声级计通过强度75 dB SPL 1 k Hz的纯音矫正，使其在0.1～10 k Hz之间主要频率的强度差在±3 d B以内。

1.3 测试方法 角度辨别阈值（minimum audible angle，MAA）是受试者对标准声源方位所能辨别的最小角度值。本试验中对受试者进行水平0°、± 45°、±90°5个标准方位的角度辨别阈值测试。测试某个方位时，将标准声源A放置在标准位置，B声源沿弧形架分别从两侧接近标准声源，称为偏差声源，故每个标准方位测试可获得两个角度辨别阈值MAA（L、R）［9～14］（图1）。

测试前向受试者讲明测试规则及注意事项。测试时受试者端坐于椅上，双耳与声源中心同一水平。将电影播放器固定在受试者正前方，与受试者双眼高度保持一致。受试者观看自选的有字幕的无声电影，并将注意力集中在电影上，忽略耳内的刺激声。

测试在无回声自由声场环境进行，采用被动听觉模式（即在受试者非注意状态下）。测试者逐一将A声源放置在5个标准位置（图1），测试每个标准位置的两个角度辨别阈值，最终获得10个角度辨别阈值，例如，测试0°的角度辨别阈值时，标准声源A置于0°，偏差声源B在30°，进行一组听刺激序列的

检测，即对标准刺激和偏差刺激所引出的ERP分别叠加，再用偏差刺激引出的波减去标准刺激引出的波，得到的新波形中，潜伏期位于100～250 ms内的最大负波即为MMN，MMN与ERP中的Nl、P2波部分重叠，是N1～P2范围内更加负向偏移的波，用振幅、潜伏期和持续时间来判断MMN出现与否。以上过程均由计算机完成。

图1 测试方法示意图

测试者逐渐缩小两声源角度间隔［9］，使B声源接近A声源，而A声源位置仍保持固定，重新进行上述辨别测试，直至两声源间角度相距最小刚能引出稳定的MMN为止，即受试者对A声源一侧所能分辨的最小角度值MAA（R），同时记录此时引出的MMN（R）波幅及潜伏期。同法测试并记录A声源另一侧的角度辨别阈值MAA（L）和相对应的MMN（L），并取MAA（L）和MAA（R）的平均值作为该方位处的最小角度辨别阈值。各组测试之间，受试者休息5～10分钟，以避免疲劳。

1.4 统计学方法 分析指标包括刚能诱发出稳定MMN波的角度辨别阈值，其对应的各个方位MMN波潜伏期、波幅。潜伏期为刺激开始到MMN最大波峰幅值点横轴的直线距离，单位为ms；波幅是零电位基线到MMN波峰电位的幅度，单位为μV。采用配对样本t检验比较受试者同一标准方位两侧角度辨别阈值差异和MMN潜伏期、波幅的差异，采用随机区组单因素方差分析（F检验）比较受试者不同标准方位平均角度辨别阈值差异和MMN潜伏期、波幅差异时，当多组间差别有统计学意义时，进一步采用LSD检验行两两比较。

2 结果

2.1 同一标准位置两侧角度辨别阈值比较 每个标准位置两侧的角度辨别阈值差异均无统计学意义（P＞0.05）（表1）。

表1 五个标准位置两侧角度辨别阈值比较（度，±s）

表1 五个标准位置两侧角度辨别阈值比较（度，±s）

注：*与其他方位比较，P＜0.05

标准声源方位标准位置L标准位置R均值P值0°2.07±1.71 2.11±2.01 2.09±1.81*0.397 -45°4.01±1.28 3.67±1.36 3.84±1.61 0.441 +45°3.92±2.41 3.47±2.53 3.69±2.39 0.467 -90°4.27±1.39 4.55±1.42 4.41±1.41 0.521 +90°4.38±3.19 4.09±2.95 4.23±3.22 1.103

2.2 不同标准位置平均角度辨别阈值比较 标准声源位于0°位置的角度辨别阈均值小于其他方位，差异有统计学意义（P＜0.05），其余各方位之间的角度辨别阈均值差异无统计学意义（均为P＞0.05）（表1）。

2.3 不同方位MMN波潜伏期与波幅的比较 对同一标准位置两侧的MMN波比较，其潜伏期、波幅的差异无统计学意义（均为P＞0.05）。标准声源在水平左右对称位置（-45°与45°，-90°与90°），其MMN潜伏期、波幅差异无统计学意义（均为P＞0.05）。MMN潜伏期随着声源偏侧化程度的增加而延长，组间差异有统计学意义（P＜0.05），±90°方位诱发MMN波幅较0°和±45°方位处增大，潜伏期延长，差异有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

表2 不同方位标准声源诱发的MMN潜伏期及波幅比较（±s）

表2 不同方位标准声源诱发的MMN潜伏期及波幅比较（±s）

注：*分别与0°和-45°、+45°潜伏期和波幅比较，P＜0.05

标准声源方位潜伏期（ms）L R 均值 P值波幅（μV）L R 均值 P值0°169.69±29.08 173.58±34.87 171.63±32.14 0.092 2.34±1.44 2.51±1.64 2.43±1.59 0.882 -45°181.30±19.77 176.59±21.56 178.85±20.67 1.057 2.37±0.99 2.34±1.34 2.36±1.15 0.907 +45°184.03±23.94 189.77±21.26 186.89±24.17 0.973 2.44±1.86 2.51±2.01 2.47±1.76 0.851 -90°207.44±29.08*222.78±27.35*215.11±22.81*1.152 5.11±2.17*5.07±1.99*5.10±2.07*0.605 +90°225.91±16.45*217.32±19.88*221.62±18.15*1.284 4.93±1.88*5.09±2.03*5.01±1.85*0.763

标准声源位于0°、90°和-45°时的MMN分别见图2～4。

3 讨论

声源定位（sound localization，SL）是指听觉系统对声源位置的识别过程，是人与动物感知环境的基本方式，角度辨别阈值（MAA）是评估受试者声源定位能力敏感性的指标。以往对声源定位角度辨别阈值的研究中，多采用主观行为测听法，即需要受试者在清醒状态、有自主行为能力及主观积极配合的情况下才能完成［12～14］，具有很大的局限性，影响了

其临床应用。MMN是一项客观反映听觉感知和中枢听觉辨别能力的电生理指标，理论上任何声音特征（频谱特性、频率、时长、位置）小概率的改变均可作为偏差刺激引出MMN。1989年，Paavilainen等偶然发现改变耳间时间差（interal tinne difference，ITD）或耳间强度差（interaural level difference，ILD）信号可以引出MMN，提示声源位置的改变确实可引出MMN。还有学者使用运动声源成功诱发出了MMN，并发现MMN幅值大小仅与偏差角度的大小有关，而与声源运动速度无关［11］。然而上述研究仍存在诸多不完善之处，如何采用MMN方法定量研究声源定位能力，尚无明确的结论和有效的方法［15～18］。

图2 标准声源位于正前方0°方位时的MMN

图3 标准声源位于+90°方位时的MMN

图4 标准声源位于-45°方位时的MMN

本研究采用MMN法研究固定声源的角度辨别阈值，将A声源作为标准声源，B声源作为偏差声源，采用水平方位不同角度作为偏差刺激，成功引出了MMN，并把能引出稳定MMN时两声源的最小角度定义为该方位的角度辨别阈值。结果表明：受试者水平5个方位的角度辨别阈值均小于5°，0°方位角度辨别阈值最小，90°次之，提示对正前方的声源辨别能力最强，向侧方递减，左右对应方位声源辨别能力相似；同一标准位置两侧角度辨别阈值无明显差异。目前人声源定位的神经机制尚不清楚，通常认为声源定位是听觉系统的复杂综合能力，水平方位声源定位能力主要取决于声音到达两耳的ITD和ILD［19］。在上橄榄核、外侧丘系核和下丘等部位中有专门检测声源方向的神经元，对两耳输入声音信号的强度差或时间差敏感；人对0°方位较其他方位的声源定位能力强，可能源于听觉中枢对不同的ITD敏感性不同，ITD接近于0°时，听觉中枢的敏感性最强，空间分辨力最强；此外，视觉的校准和辅助定位作用、听觉经验习得等也与上述结果相对应［19～21］。水平左右对应方位角度辨别阈值大致相同，可能是因为声源在于水平左右对应方位时到达两耳的时间差和强度差相同。

文中结果显示，与0°相比，标准声源在90°时诱发出现的MMN波幅明显增大，潜伏期也延长。MMN的波幅反映标准刺激与偏差刺激之间的差异程度，由偏差刺激与标准刺激之间的方位角差的大小决定，但是不同方位角的空间位置信号引起的电活动在头皮的分布不同，这使得在同一位点记录到的不同方位角偏差刺激的波幅本身存在差异；偏差程度对MMN波幅的影响不同，部分是由于不同实验之间信噪比不同所致，较高的噪声强度能掩盖波幅的细微改变。然而，很难用信噪比的不同来解释目前各研究之间MMN波潜伏期的重大变异。

本研究将MMN与声源定位能力定量测试相结合，该方法与行为测听法相比较其优势在于测试过程不需受试者关注试验，亦不需其对试验做出行为反应，从而更少受到受试者主观因素的影响。此外，该测试方法还可用于那些存在言语交流或行为能力障碍的患者，如：新生儿、婴幼儿、失语症及意识丧失患者的测试。这些特点使其有可能成为临床评

估声源定位能力一项有潜力的方法［20～23］；但这并不表明MMN方法可以代替行为听觉测试方法，因为两者在听觉中枢的反应不同。多数学者认为MMN属于内源性ERP，反映认知前的处理，与感知刺激差异的早期过程有关；而行为听觉测试更多掺杂了更高级别的中枢处理，包括注意度和作出某种决定的意识等。但目前尚缺乏对同一受试者同时进行MMN和行为测听结果的对比研究。

采用MMN测试声源定位角度辨别阈值是一种新方法，但还存在一些不完善之处：①测试时间较长。目前研究采用的oddball模式，即一组重复出现的标准刺激（概率为80%～90%）中随机插入一种物理特征不同的“偏差刺激”（概率为10%～20%），有学者提出一种“fast multi-feature MMN paradigm”听刺激序列代替目前的oddball听刺激，一组重复出现的标准刺激中随机插入多种物理特征不同的“偏差刺激”［24］，有望能扩大测试范围，缩短测试时间；②实验过程中发现，MMN的潜伏期和波幅变异较大，影响因素较多，其原因可能与以下因素有关：a潜伏期代表听觉通路的功能状态，波幅决定于皮层的状态，波幅不像潜伏期那样稳定，在同一受试者和受试者之间均有较大变异；b MMN波幅易受多种因素影响，如觉醒状态、听觉经验和药物等。本试验观察到，受试者的警醒程度和配合程度（如能否长时间保持安静等）对MMN波幅有较明显的影响。由于本实验样本量较小，而MMN波幅变异又大，因此需进一步扩大样本量研究。

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（2014-08-19收稿）

（本文编辑 李翠娥）

Measurement of Auditory Discrimination using the Mismatch Negativity（MMN）for the Healthy Youth in the Horizontal Plane

Wen Xiaohui，Wang Ningyu，Zhang Juan
（Department of Otorhinolaryngology Head and Ncek Surgery，Beijing Chaoyang Hospital，Capital Medical University，Capital University of Medical Sciences School of Otolaryngology，Beijing，100020，China）

Objective To explore whether the changes of sound source in the horizontal azimuth can induce mismatch negativity（MMN），and quantify the minimal audible angle which could elicit the MMN and to find effective way to test human＇s ability of sound localization in the horizontal plane.Methods With the self developed sound localization device and Bio-logic auditory evoked potentiometer，in the free field hearing tests were performed on 30 healthy young volunteers according to oddball stimulation sequence.We adopted 1 000 Hz pure tone as the standard stimuli，the change of sound source location as experimental models，using minimum audible angle（MAA）measure procedure，sound localization test was conducted at 0°，±45°，±90°standard positions in the horizontal plane.MMN was obtained by subtracting the ERP of deviant stimuli from the ERP of standard stimuli.The latency

Sound localization； Minimal audible angle（MAA）； Mismatch negativity（MMN）

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.04.002

时间：2015-6-17 9：55

R764.04

A

1006-7299（2015）04-0338-05

* 国家自然科学基金（81271090）、首都卫生发展科研专项项目（2011-2003-02）、首度市民健康项目培育（北京市科委）、北京市教委重点项目（北京市教委）、吴阶平临床科研专项资助基金、北京朝阳医院院青年基金联合资助

1 首都医科大学附属北京朝阳医院耳鼻咽喉头颈外科（北京 100020）

温晓慧，女，河南人，住院医师，主要研究方向为中枢听觉功能，尤其是声源定位发育及听觉与认知功能的相关性。

张娟（Email：chinayudian@sina.com）

网络出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20150617.0955.017.html

and amplitude of each MMN were recorded.Results The MMAs of normal young people were recorded and normal values of latency and amplitude of MMN were obtained.The results of the sound localization test for the youth were：MAA（0°）＝2.09±1.81°，MAA（-45°）＝3.84±1.61°，MAA（45°）＝3.69±2.39°，MAA（-90°）＝4.41±1. 41°，MAA（90°）＝4.23±3.22°，separately.There was a significant effect of the location of the deviant stimulus，with those presented at 90°eliciting larger peaks and longer latency period than those presented at 0°.Conclusion Our findings suggest that changes of sound position in the horizontal azimuth can induce mismatch negative waves，and MMN on the basis of MAA test procedure could be used to evaluate the ability of sound localization.