听觉与认知研究进展

滑蓉蓉 刘春艳 邢岩

认知神经科学将人脑的认知过程看作是信息加工的过程。信息加工过程通常包括感觉登记、刺激识别、反应选择、反应准备和反应执行等阶段，以上阶段在时间维度上序贯发生，并由不同大脑功能网络参与完成，而非某个特异性脑区所能涵盖。其中听觉的认知过程又具有自身特点。

1 听觉认知特点

听觉信息的感觉识别和登记主要是在听觉网络(以颞叶为核心)完成，反应选择则需要认知控制网络(以背外侧前额叶为核心)参与[1]，而反应准备和执行则是运动网络(以中央后回和辅助运动区为核心)完成。随着研究深入，以及单侧化运动准备电位(lateralized readiness potential，LRP)技术的应用开发[2]，学者们发现当刺激特征信息之间存在加工速度差异时，不同刺激的刺激识别和反应准备两个阶段可发生重叠，其间可出现一定程度的信息传递，这有利于连续型假设的建立。即听觉信息的多种特征感觉可非同步并行传递至反应阶段，因此听觉认知的发生更具“速度优势”。

另外，听觉的连续型传递方式可维持一段时间，但并不完全依赖于声音刺激的自身物理属性(如音强、音调和音高等)[3]，而是人脑对这些刺激的心理感受性，隶属于神经心理学范畴，并有不同的模式网络变化[4]。换而言之，人脑在加工具有感受性差异的刺激时，就会采用连续型信息传递模式。如此根植于人社会属性基础上的心理属性，使得听觉认知在不同个体或不同情形下表现出差异，是听觉认知灵活性之所在。

一言蔽之，在自然界广泛存在的听觉信息传递，主要以连续性模式进行，并以刺激特征间心理感受性存在差异作为维持条件，同时心理感受性又受到学习、经验和任务要求等影响。研究显示，刻意的学习或长期的音乐训练可以使心理感受性差异消失，这将中止信息传递的连续性，而使其转换为离散型模式传递，即所有特征信息同步并行传递至反应阶段[3]。

2 听觉与认知发育

外界声波(16～20 000 Hz)经由外耳道传至鼓膜，引起后者振动，通过听小骨放大后传至内耳，刺激耳蜗内的纤毛细胞而产生神经冲动。神经冲动可沿听神经逐步上传至大脑皮层的听觉中枢，形成听觉。听觉可促进触觉等空间识别能力的提升[5]，是人类尤其是儿童言语和认知功能形成与发展的基础。一般情况下，0～6个月婴儿已经对声音有初步的辨识能力；6个月～1岁婴幼儿对声音有理解能力；1岁～1岁半幼儿模仿外界声音并形成简单语言；1岁半以上儿童听说及其他认知能力逐步趋于成熟。

在发育过程中，听觉障碍可严重影响语言及其他认知功能。一方面，双侧听力障碍患者的认知功能降低。先天性双侧听力障碍患儿口语短期记忆严重受损，并代偿性出现视觉工作记忆增强[6]。 3～6岁双侧重度听力障碍儿童的运动能力、视觉运动整合和知觉操作能力等非言语认知能力均明显落后于同龄听力正常儿童[7]。另一方面，单侧听力障碍患者也可出现认知功能的下降。研究结果显示，9～14岁单侧重度听力障碍儿童的工作记忆、处理速度、注意力和语音处理等认知功能均差于同龄儿童[8]。一项荟萃分析结果显示，不同年龄(6～18岁)单侧听力障碍患儿的智商水平明显低于听力正常儿童[9]。另外一项应用静息状态功能连接磁共振成像识别单侧听力障碍患儿功能性神经网络结构的研究结果显示，其多个网络之间的连接模式发生改变，这有利于了解听力障碍患者临床获益的生物学机制[10]。

3 老年人听力减退和认知障碍

听力减退和认知障碍是老年人群常见高发的两类症状。老年人由于听觉系统衰退可出现双耳对称性感音性听力异常，即年龄相关性听力减退(age-related hearing loss，ARHL)，其中50岁以上人群听力减退患病率达30%，而60岁以上人群其患病率可高达35%～55%[11]，远高于全部人口17%的患病率[12]。另外，65岁以上人群中，至少有10%的人患有轻度认知障碍，人群中约1%的人已进展为阿尔茨海默病。近年来研究发现，老年人可同时罹患听力减退和认知障碍，且两者可能互为加重因素。

3.1 听力减退与认知功能障碍互为暴露因素1915年，Kraepelin在研究精神病时首次将听力减退与认知功能联系在一起。一方面，认知障碍患者中具有较高的听力障碍患病率。国内王宁宇等[13]分别对纳入研究的24例轻度认知障碍患者、31例轻度老年性痴呆患者和50例正常老年人进行听觉测试发现，与正常组相比，轻度认知障碍患者外周听觉检查未见明显异常，但在轻度老年性痴呆患者组中，随听力减退的加重，其临床痴呆量表评分明显增加。Quaranta 等[14]针对65岁以上大样本人群的研究表明，听力减退尤其是中枢听觉处理障碍是认知功能障碍的独立危险因素，且较之于轻度认知障碍，阿尔茨海默病与中枢听觉处理障碍相关更为显著(优势比为4.2)。研究表明，轻度认知障碍患者中，听力减退可影响语言理解，当认知功能障碍加重后，听力减退则明显降低认知能力。另一方面，听力减退患者罹患认知障碍的风险增加[15-18]。研究结果显示，纯音听力水平>40 dB的中重度听力减退患者，其随访10年间老年性认知功能障碍的发病风险为正常人群的1.4～1.6倍，患者听力每减退10 dB，其发生痴呆的风险增加20%[15]。一项纳入17项研究的荟萃分析结果显示，虽然纳入研究中对于听力和认知功能的评价方式各异(针对外周听力减退研究较多，而针对中枢性听力减退研究较少)，但结果均倾向于认定听力减退与认知功能下降有关[19]。

由此可见，在听力减退与认知功能障碍的发生发展中，两者具有互为促进的交互作用。尽管多达80%轻度认知障碍患者可进展为阿尔茨海默病，但通过适当干预又可以逆转其进程，因此在筛查认知功能检查中增加听觉测试将有助于早期识别、诊断和干预认知障碍，防止其进展为阿尔茨海默病[20]。

3.2 听力治疗可改善患者认知功能障碍听力减退影响认知功能的具体机制尚不明确，但包括助听器在内的听力治疗则是解决痴呆患者听力下降和行为症状的低成本、低风险、非药物学方法，并有望成为防治认知功能障碍的临床策略之一[21]。一项纳入15例听力减退患者的研究显示，以社区为基础，采用助听设备和交互式听力训练的干预措施，可显著改善患者的认知功能[21]。2017年由约翰霍普金斯医学院率先开展了一项通过听力治疗改善认知功能障碍的随机可行性试验性研究。该研究给予听力减退患者双侧入耳道式助听器干预，6个月后随访结果显示，听力治疗可有效改善听力和记忆，减轻听力减退患者的认知功能衰退[22]。

4 声音识别技术在听力治疗中的应用前景

声音识别技术近些年来得到广泛的关注和应用。声音识别是将待识别声音的特征与声音样本特征进行比对，从而得到待测声音和样本的一致性判断。在对声音进行识别之前先需要对其进行前期处理，声音识别前期的处理流程包括预加重、分帧加窗和端点检测等。在前期处理的基础上，对声音进行特征提取得到声音的特征向量，接着是模式匹配阶段，通过模式匹配得到声音识别的最终结果。

随着研究深入，学者们发现声音的不同特征同样可以影响认知功能。在一项关于音乐的研究中，专家音乐即兴创作者通过音乐互动交流了5种类型的非音乐社交意图，解码和心理声学的综合分析结果显示，无论是听众接受过音乐训练与否，他们均可识别音乐中表现的意图，而且这种社会认知能力在一定程度上依赖于信息处理时间和谐波协调的声音线索。研究者们最终建立了社会行为的隶属维度与音乐谐调或音乐时间之间的因果关系。此研究结果为声音干预的社会认知提供了新的机械学见解，也加速了人们对声音干预治疗中不同语音特点的研究[23]。

遗憾的是，目前尚缺乏人群大样本的语音与听力或认知功能的调查数据。因此，未来探讨语音识别技术作用时，可以构建不同语音与患者认知功能关联的大数据库，在此基础上通过识别受试者的语音而初步判定其认知功能；并可在听力障碍和认知障碍患者中针对性地给予不同特征的语音进行干预治疗。语音识别，将可能如人脸识别技术推算人的生理年龄一样，评估出受试者的认知水平，且更具临床应用价值。应用包括助听器在内的听力治疗，尤其是语音识别技术诊疗是尽早诊治和缓解痴呆患者认知功能障碍的科学有效的方法之一。